艦載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件， 由于受海洋環(huán)境的影響， 長(zhǎng)期處于空氣濕度大、 鹽堿重的惡劣環(huán)境中服役， 除了受到?jīng)_蝕、 磨損外還要經(jīng)受腐蝕考驗(yàn)。艦載機(jī)服役壽命的 90% 為停放狀態(tài)， 有研究表明：連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間停放的腐蝕比經(jīng)常使用和維護(hù)的嚴(yán)重， 因此發(fā)動(dòng)機(jī)高溫涂層耐常溫海洋大氣腐蝕的能力是不可忽略的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)， 熱腐蝕成為典型故障之一， 不僅降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效能， 而且增加了維修的工作量和費(fèi)用。熱腐蝕是在高溫環(huán)境下氧及其他腐蝕性氣體與材料表面的沉積鹽共同作用而發(fā)生加速腐蝕的現(xiàn)象， 其危害性要遠(yuǎn)大于熱氧化；而且， 隨著“深藍(lán)戰(zhàn)略”實(shí)施的不斷深入， 超過 1000℃以上服役的高溫涂層抗熱腐蝕性能研究， 將是今后一個(gè)時(shí)期研究的重點(diǎn)。

1 海洋大氣特點(diǎn)

海洋大氣環(huán)境極其復(fù)雜， 隨著地球經(jīng)緯度和海岸地理?xiàng)l件的差異， 溫度、 濕度、 輻照度、 氯離子濃度、 鹽度、 污染物等主要環(huán)境因子及其耦合作用對(duì)材料腐蝕行為的影響差異很大。海洋大氣中腐蝕顆粒主要為 SO 2、 HNO3、N2O5與 NaCl反 應(yīng) 生 成 的 Na + 、 [Cl - ]、[SO 42-]、 [NO 3- ]、 [HN 4+ ]等離子顆粒 。我國(guó)典型海洋大氣表現(xiàn)為高溫、高濕和高鹽霧的特點(diǎn)。我國(guó)近海受大陸污染影響，離子、 SO 2 含量都遠(yuǎn)高于國(guó)外；遠(yuǎn)海如西沙則離子含量高 。西太平沿岸 [NO 3 - ] 濃度大于 [SO 42- ]濃度， 而我國(guó) PM2.5、 PM10 離子顆粒濃度遠(yuǎn)高于其他西太平洋其它國(guó)家。歐美國(guó)家近、 遠(yuǎn)海主要是 [Cl - ]， SO 2含量很少， 近乎為零；東南亞[Cl - ]、 SO 2相當(dāng)。

海洋環(huán)境下服役艦載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端零部件容易受高濕、 鹽霧以及微生物等形式的化學(xué)腐蝕，以及高溫氧化、 沖蝕等疊加效應(yīng)而形成的復(fù)雜熱腐蝕，壽命大幅度縮短，維護(hù)費(fèi)用和大修成本劇增，因此抗海洋大氣熱腐蝕的高溫涂層技術(shù)需求緊迫。

2 熱端涂層分類介紹

航空發(fā)動(dòng)機(jī)不同部件由于工作環(huán)境的差別需要不同的涂層， 按功能可以分為：熱障涂層、 高溫抗氧化涂層、 耐磨/耐腐/抗沖蝕涂層、 封嚴(yán)涂層、抗微動(dòng)磨損涂層、 阻燃涂層、 環(huán)境障涂層、 憎水涂層、 隱身涂層等。其中發(fā)動(dòng)機(jī)熱端主要有熱障涂層、 耐磨/抗沖蝕涂層。

2.1 熱障涂層

熱障涂層 (TBCs) 起源于 20 世紀(jì) 40 年代末50 年代初， 主要是用來提高鎳基高溫合金的高溫性能的 。世界航空推進(jìn)計(jì)劃的三大隔熱防護(hù)技術(shù)中， 單晶 ( 每年 1~2℃的速度增長(zhǎng) ) 和冷卻氣膜技術(shù) ( 不斷降低熱效率、 增加加工難度 ) 的發(fā)展?jié)摿σ逊浅Ｓ邢蓿?但應(yīng)用厚度約 100~ 400μm 的熱障涂層后， 基體溫度可以降低 100~200℃， 這相當(dāng)于高溫合金過去三十年的發(fā)展總和 。因此，熱障涂層被認(rèn)為是目前提高發(fā)動(dòng)機(jī)服役溫度最切實(shí)可行的辦法。目前在有氣膜、 熱障涂層的情況下， 單晶葉片的使用溫度可以超過 1500℃， 未來需要承受 1800℃以上的溫度， 依賴于開發(fā)新的葉片、 熱障涂層材料（見圖 1）。

圖1 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片耐溫發(fā)展趨勢(shì)

目 前 常 用 的 TBCs 材 料 有：7-8YSZ、 莫 來石、 Al 2 O 3 、YSZ+CeO 2 、 La 2 Zr 2 O 7 、 硅酸鹽， 其中Y 2 O 3 部分穩(wěn)定的 ZrO 2 （YSZ， Y 2 O 3 含量一般為7%~8%， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)）是應(yīng)用最廣泛的 TBCs 材料。近年來國(guó)內(nèi)外在多元氧化物摻雜氧化鋯、 A 2 B 2 O 7 型燒綠石或螢石化合物、 磁鉛石型六鋁酸鹽化合物、 石榴石型化合物、 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物和其他新型氧化物陶瓷等先進(jìn)超高溫?zé)嵴贤繉犹沾刹牧戏矫孢M(jìn)行了大量研究。2007 年哈佛大學(xué) Clarke教授課題組和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的 Lavi 教授等發(fā)現(xiàn) ZrO 2 -YO 1.5 -TaO 2.5 的使用溫度可以達(dá)到1500℃， 而熱導(dǎo)率較 YSZ 下降 100%， 具有新型涂層發(fā)展?jié)撡|(zhì) 。近幾年， 新型稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料進(jìn)入人們的視野， 預(yù)期最高使用溫度可以達(dá)到 1600℃ 。盡管稀土鉭酸鹽具有低熱導(dǎo)率和膨脹率， 但是作為涂層材料需要優(yōu)異的斷裂韌性， 因此如何調(diào)控其鐵彈性增韌將是未來一段時(shí)間探索的熱點(diǎn)。

2.2 耐磨涂層

高溫耐磨涂層主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室噴嘴外罩及軸承座等零部件。目前常采用等離子噴涂技術(shù)制備 Cr3 C2 -NiCr、 WC-Ni、 WC-Co、 Cr2 O3 涂層 。研究表明， 水會(huì)惡化涂層性能， 涂層材料斷裂韌性越高， 孔隙率和微裂紋長(zhǎng)度越小， 涂層的耐磨性越好 。有研究表明采用多層涂層可提高抗磨損性能。

2.3 抗沖蝕涂層

飛機(jī)在低空飛行、 起飛和降落過程中， 空氣中的鹽粒、 火山灰、 雪和沙粒等， 燃油雜質(zhì)以及發(fā)動(dòng)機(jī)部件掉落的殘骸等， 在高速氣流作用下不可避免地被吸入渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明，直徑大于 30μm 的砂粒能對(duì)葉片造成明顯的沖蝕磨損， 大顆粒甚至能使葉片變形， 影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能或?qū)е缕涫��?。上世紀(jì)八十年末到九十年代初， 抗沖蝕涂層技術(shù)才真正應(yīng)用于航空器抗砂粒環(huán)境。目前應(yīng)用最廣泛的是合金化 TiAlN、ZrAlN 等涂層、 電弧鍍等技術(shù)制備的 ZrN/TiN 多層納米涂層以及復(fù)合的 Al/AlN、Ti/TiN、 Cr/CrN涂層等（如圖 2 所示）。廣泛應(yīng)用于鎳基高溫合金、鈦合金部件的抗沖蝕性能提升�？傮w來說，我國(guó)能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用的抗沖蝕涂層很少， 還不能滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

抗沖蝕涂層脆性大， 增加了合金表面裂紋萌生的傾向， 從而降低合金的疲勞性能， 是亟待解決的技術(shù)難題。另外， 耐沖蝕涂層在干燥性空氣中對(duì)壓氣機(jī)葉片具有很好的抗沖蝕防護(hù)作用， 但在海洋環(huán)境卻可能受到嚴(yán)重的潮濕或鹽霧腐蝕破壞， 使葉片壽命縮短， 給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來安全隱患。目前這些工作還處在基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段。