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在脱变：芡勖钒
材料研制生产宁的应用分柝
常伟
纪艳玲
李
建
平
北京航空材料研宄院北京
摘要介绍了在高温合金和高温防护涂层等研制和生产过程中的
应
用情
况概述了该标准在发动机用材料及高温防护涂层研制和生产检验过程中的应用并着
重
分析了该标准在使用过程中暴露的问题针对该标准的技术
内容提出了几点修订建议
关键词抗氧化性测定高温合金和高温防护涂层应用浅析中图
分类号文
献标识码文章编号
目前航空用钢高温合金高温防护涂层及定方法》修订为对航空用钢高温钛合金的抗氧化性能测试基本都采用合金及高温防护涂层的抗氧化性测定的试验设备及
《钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法》但是仪器试验方法及实验条件和试验结果的评定做出
在十几年的使用过程中也逐渐暴露出了规定不仅可用于进行静态氧化试验标准的附
些问题尤其是随着发动机推重比或功重比的提录还规定了循环氧化试验方法是
高高温合金和髙温防护涂层不断发展出现了目前钢高温合金高温防护涂层等材料抗氧化性新型高温合金和高性能防护涂层并且测试用试样能公认的测试方法应用面十分广泛己经作为航也发生了些必要的变化难以满足空发动机用材料和高温防护涂层抗氧化性能测定
的
相应的测试和评级的需求此外中依据是目前多个型号标准中高温防护涂层抗氧化
还存在部分小的瑕疵有待进行明确或修改性能测试的必引标准且被多项中国航空工业集
团
本文将简要介绍的应用情况和使公司标准引用
用过程中暴露出的问题并初步提出相应的修订建科研和检验人员按照该标准已经对多种牌号
议的高温合金包括等轴晶定向凝固单晶高温合金进行过抗氧化性能测定并参照该标准对抗氧
应用情况简介化涂层热障涂层和高温耐冲蚀涂层等多种高温防
金属材料及防护涂层抗氧化性能测定方法的常护涂层及少数钛合金进行过抗氧化性能
测
定
在材
见标准有《金属抗氧化性测定方法》料和涂层的研制和生产中发挥了重要作用不仅用
《钢的抗氧化性能测定方法》和于评价新研材料的抗氧化性能还用于对产品进行
《钢及高温合金的抗氧化性测定试验方检验中航工业北京航空材料研究院采用
法》适用于钢合金及其制件对本单位及系统内多家其他单位的送检试样进主要针对钢进行抗氧化性能测定行了测试常见的测
试
材料见表
不能很好地适用于高温合金及高温防护涂层制定于年根据各航空厂所的需求于应用过程中暴露的
问
题
年参照《钢的抗氧化性能测虽然规范了航空用钢
高
温
合
收稿日期
DOI:10.13237/j.cnki.asq.2014.03.001航空杨难
化
攻看卑期
表抗氧化性能测试的常
见材料
需要然而随
着高温防护涂层尤其是热障涂层性
序号材料翻灘涂层种类能的不断提升在型号产品中
的应用
也越
来越
多
高自巧热障涂层是个高温合金基体金属底层陶瓷面层
：合金
等
的多层涂层体系起隔热作用的面层为陶瓷
材料
物层系列涂层面层的物理性能和金属底层以及
基体差别较大
直
髙温防护涂层系列热涂层锆酸系歹热章接影响到涂层的使用寿命所以结合力考核显得尤
为重要亟需规范相应的测试方法金高温防护涂层和钛合金的抗氧化性能评定在的附录中仅针对循环氧化推荐
的
保温时间冷
定程度上促进了上述材料的研发进度有利于保却时间间隔冷却方式仅有空冷不符合热循证产品的质量稳定性但是随着航空发动机性能的环热冲击和热震法的测试现状例如热震试验为提高对材料和涂层性能的要求也越来越高各种水冷热冲击试验为空冷或风冷并且现有课题中
在研新材料也大量出现已不能完全对涡轮工作叶片上热障涂层的结合力评价方法要求满足当前髙温合金及其防护涂层测试的需要不同可见亟需对进行修订以满
试验方法种类不能满足考核热障涂层结合力的足涂层结合力评定
的需
要
要求试样对于测定高温防护涂层不完全适用
在高温抗氧化性能测试方面有如下几个概的表中推荐的静态氧化试念样为系列不同尺寸规格的圆柱状试样和板状
静态氧化般保温小时为个周期按试样附录规定循环氧化试样的尺寸般
为
标准试验时间百到几百小时高温氧化起主导作目前实际测试过程
中由
用可对材料或涂层进行抗氧化评级于高温合金等材料的获得及加工问题部分单位循
循环氧化般保温分钟分钟空冷分环氧化试验也釆用圆柱状试样此外热障涂层试
钟为个周期部分模拟了发动机材料的起落过验用板状试样边角多由于边缘效应边
角处涂层
程高温氧化也起主导作用可测试在该试验条件易脱落不能完全反映涂层抗剥落情况因而在部
下材料的循环氧化寿命分型号研制课题中已经开始使用锥形试样
示
意图
热循环般保温分钟空冷分钟为个周见图不含悬挂部位进行静态
氧化和热
循
环试
期部分模拟了发动机材料的起落过程既考虑了验尽量降低边缘效应对测试结果的影
响
高温氧化作用也考虑了冷热交变对涂层热态结合
力的作用可测试涂层材料特别是热障涂层在
该试验条件下的热循环寿
命
热冲击般保温分钟空冷或风冷
分
钟个周期主要是考虑了冷热交变对涂层热态结
合力的影响可测试涂层主要用于热障涂
层
该试验条件下的抗剥落性能增重法评级标准不能满足较为准确的评级要求
热震般保温分钟瞬间水冷为个周期通过查阅
中的
表
可依据平均
是种加速苛刻测试涂层热态结合力的试验方氧化速度和评价氧化皮脱落量将材料
的抗氧化性能
法可测试涂层主要用于热障涂层在该试验条分为级并且两个指标得出的
级别不致时
以
件下的抗剥落性能较为严格的为准表中对次抗氧化级弱
由于标准编制时国内髙温防护涂层在发动机上抗氧化级和不抗氧化级别级的评级标准
的应用还不够成熟尤其是热障涂层还处于研宄初未对平均氧化皮脱落量进步细分仅规定大于
期阶段尚未在型号产品中大批量应用该规定基本能够满足标准制定时的分级
需
定位为抗氧化性能测试仅包含静态氧化试验求然而随着单晶高温合金和高性能热障涂层等材和循环氧化试验附录未考虑结合力的测试料的出现在实际测试过程中发现存在部分特殊
的
隨情况例如材料的平均氧化速度达到级水平研制和生产的重要性应结合
发布实
平均氧化皮脱落量却很高甚至可高
达
以施以来暴露出的问题进行修订以进步提高可操
上根据
中表的评级标准材料的作性和实用性具
体修订建议如下
抗氧化级别为级但材料的抗氧化性能却远不能建议在深入调研标准使用单位高温
防护涂层
达到相应级别的预期等热震性能测试需求和现状的基础上对
部分计算公式不能完全满足对长寿命高温防护中热循环试验的相关规定加以完善补充风
涂层性能测定的要求冷水冷的相关规定并且补充针对热震试验的相
的条对增重法抗氧化级别评关规定
定的规定为“试验大于的抗氧化性评级按式鉴于试验需要和目前各相关单位的试验
现
状
计算平均氧化速度性能评价可参照表进调整对试验用试样的规定丰富试样种类在循
环
行”由于静态氧化试验在初期试样质量急剧增氧化试验中增加圆柱形试样在热障涂层等高
温
防
加随着表面氧化层的形成氧化增重速度会适当护涂层的循环氧化和热震试验用试样中增加锥形试
降低正常的氧化增重曲线成开口向右的抛物线样
测试实际需要采用试验至规定时间和时试样的统计和分析新型材料静态抗氧化性能试验数
重量变化而不采用试样试验前的原始重量否则据包括使用的试样种类抗氧化性能数据完善
会导致计算得出的平均氧化速率相比试样服役期间和细化抗氧化级别评定标准的稳定工作阶段偏大极有必要加以明确以提高进步明确标准中可能导致理解不当的公式和
标准的可操作性如果用中的符号表描述提高标准的可操作性
示可将试验大于时的平均氧化速度计算公式按照现有航标编写规定重新编写补充使用的
写成公式其中新增的符号表示规定试验化学试剂的要求纠正标准中的个别笔误时间后试样与容器的和重结论邓满足了标准制定时的抗氧化性能此外条的规定并未提及将平均抗氧化皮试验需求规范了高温合金和高温防护涂层等的抗脱落量也作为评价指标对于本文前面提到的
平均氧化性能测试方法在很大程度上促进了发动机材
氧化速度小平均氧化皮脱落量大等特殊的情况料的研发和生产但是
随着材料的不断进步和测
试
也不能很好地评价需要加以说
明
需
求的提高有必要进行修订修订后的
部分内容有瑕疵适用范围将主要针对航空用高温合金和高温防
护涂
重量损失法清除氧化皮所用溶液中各化学试剂层钢和钛合金等可参照使用能够更好地满足抗均未明确相应的纯度等级可操作性有待提高
氧化性能测试的需求
年《热处理工艺质
量控
制
要求》换版为《热处理工艺质量控
参考
文献
制》中的部分术语或描述方式发
张光业张华张厚安航空用高温合金防护
生了变化中对加热炉的要求与涂层的研制及其应用的新进展材料导报
《热处理工艺质量控制》中的相关名词术语或描述方式不尽致部分术语宜调整名称陈荣章王罗宝李建华铸造高温合金发展
部分条款宜重新描述的回
顾与展望航空材料学
报
中公式氧化增重计算公式龙
中的解有误
编辑雨晴
鉴于对高温合金高温防护涂层