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IMR OpenIR  > 中国科学院金属研究所  > 成果

成果名称: 航天发动机及大型动力装置用涂层的研制与应用
完成人/完成单位: 中国科学院金属研究所
获奖日期: 2011
摘要: 热喷涂涂层具有与基体不同的特殊成分和结构,使基体表面获得特殊性能,以满足部件更高的性能要求,属于材料科学领域。中国新型航天发动机要求有更高的使用温度和工作效率,高性能封严涂层和热障涂层是有效的解决途径之一。透平压缩机是重大工程成套装置的重要动力设备,国外普遍采用气路封严技术提高效率、降低能耗,国内在该方面工作尚属空白。G系列透平压缩机是沈鼓集团研发的新产品,封严涂层技术的应用势在必行。地面重型燃气轮机技术是21世纪主要发电设备,中国研发制造水平相对落后,使用的燃气轮机组绝大部分由国外进口,其热端部件的防护技术作为核心技术之一对国内严格保密,绝大部分防护工作由国外垄断,打破技术封锁自主研发燃机用热障涂层具有十分重要意义。针对上述尖端核心动力装置对高性能涂层应用的急需,金属所从2006年起先后承担了辽宁省科研项目3项-“地面重型燃气轮机用长寿命热障涂层研制与产业化”、“透平压缩机用新型封严涂层的研发及应用”和“透平压缩机封严涂层研发及应用”,开展了高性能封严涂层和热障涂层的研究工作,并完成成果工业转化以及产业化,实现在先进航天发动机、透平压缩机和地面重型燃气轮机上的应用。主要研究成果如下:1.采用Spraywatch实时监测系统和摩擦磨损试验研究主要工艺参数对涂层结构及性能的影响,解决了封严涂层可磨耗性与结合强度不匹配技术难题,成功研制出NiCrAl/SiO<,2>、NiCrAl/硅藻土、NiAl/BN和Ni/石墨四种可磨耗封严涂层,已批量应用于多型号发动机。其中NiCrAl/SiO<,2>高温封严涂层首次应用于航天发动机。2.研制出满足透平压缩机使用要求的Ni/石墨封严涂层,实现封严涂层技术在G系列透平压缩机和膨胀机上的首次应用,填补国内空白,使整机效率提高2﹪-4﹪,促进了产品升级,增强国际竞争力。3.采用超声气体雾化制粉技术成功研制出一种新型Co32Ni25Cr6Al0.5Y底层喷涂材料,与目前使用的Ni2.5Co16Cr5Al·0.5Y2O3和Ni23Co17Cr12Al0.5Y相比,抗室温盐雾和抗高温腐蚀能力大幅度提高,已成功应用于航天发动机上。同时,采用轴向送粉新技术实现低功率喷涂,有效抑制纳米晶粒长大,研制出纳米氧化锆热障涂层,其性能高于国内同类涂层水平,实现在新型发动机上的首次应用。4.采用超音速火焰与常压等离子喷涂复合新工艺研制出耐高温长寿命氧化锆热障涂层,涂层性能与GE公司涂层产品相当,使用寿命超过12000h,已应用于6种进口地面重型燃气轮机热端部件上,涂层产品覆盖国内22家燃机电厂,部分产品已出口。这对于中国自主发展燃机事业以及进口机组备件国产化具有重要意义。5.建立了“辽宁省高性能热喷涂涂层工程技术研究中心”,实现规模化生产,涂层产品年直接经济效益5000余万元,间接经济效益超过20亿元。该项目成果达到了国际先进、国内领先水平。该项目涂层技术还可进一步向电力、冶金、石化和船舶等领域拓展。
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中国科学院金属研究所. 航天发动机及大型动力装置用涂层的研制与应用. 2011.
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