艦載機發(fā)動機熱端部件， 由于受海洋環(huán)境的影響， 長期處于空氣濕度大、 鹽堿重的惡劣環(huán)境中服役， 除了受到沖蝕、 磨損外還要經受腐蝕考驗。艦載機服役壽命的 90% 為停放狀態(tài)， 有研究表明：連續(xù)長時間停放的腐蝕比經常使用和維護的嚴重， 因此發(fā)動機高溫涂層耐常溫海洋大氣腐蝕的能力是不可忽略的。當發(fā)動機工作時， 熱腐蝕成為典型故障之一， 不僅降低了發(fā)動機的使用效能， 而且增加了維修的工作量和費用。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)生加速腐蝕的現象， 其危害性要遠大于熱氧化；而且， 隨著“深藍戰(zhàn)略”實施的不斷深入， 超過 1000℃以上服役的高溫涂層抗熱腐蝕性能研究， 將是今后一個時期研究的重點。

1 海洋大氣特點

海洋大氣環(huán)境極其復雜， 隨著地球經緯度和海岸地理條件的差異， 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 生 成 的 Na + 、 [Cl - ]、[SO 42-]、 [NO 3- ]、 [HN 4+ ]等離子顆粒 。我國典型海洋大氣表現為高溫、高濕和高鹽霧的特點。我國近海受大陸污染影響，離子、 SO 2 含量都遠高于國外；遠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 PM2.5、 PM10 離子顆粒濃度遠高于其他西太平洋其它國家。歐美國家近、 遠海主要是 [Cl - ]， SO 2含量很少， 近乎為零；東南亞[Cl - ]、 SO 2相當。

海洋環(huán)境下服役艦載機發(fā)動機熱端零部件容易受高濕、 鹽霧以及微生物等形式的化學腐蝕，以及高溫氧化、 沖蝕等疊加效應而形成的復雜熱腐蝕，壽命大幅度縮短，維護費用和大修成本劇增，因此抗海洋大氣熱腐蝕的高溫涂層技術需求緊迫。

2 熱端涂層分類介紹

航空發(fā)動機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、 封嚴涂層、抗微動磨損涂層、 阻燃涂層、 環(huán)境障涂層、 憎水涂層、 隱身涂層等。其中發(fā)動機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 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 。世界航空推進計劃的三大隔熱防護技術中， 單晶 ( 每年 1~2℃的速度增長 ) 和冷卻氣膜技術 ( 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℃， 這相當于高溫合金過去三十年的發(fā)展總和 。因此，熱障涂層被認為是目前提高發(fā)動機服役溫度最切實可行的辦法。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 飛機發(fā)動機葉片耐溫發(fā)展趨勢

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%， 質量分數）是應用最廣泛的 TBCs 材料。近年來國內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、 鈣鈦礦結構化合物和其他新型氧化物陶瓷等先進超高溫熱障涂層陶瓷材料方面進行了大量研究。2007 年哈佛大學 Clarke教授課題組和加州大學圣巴巴拉分校的 Lavi 教授等發(fā)現 ZrO 2 -YO 1.5 -TaO 2.5 的使用溫度可以達到1500℃， 而熱導率較 YSZ 下降 100%， 具有新型涂層發(fā)展?jié)撡| 。近幾年， 新型稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料進入人們的視野， 預期最高使用溫度可以達到 1600℃ 。盡管稀土鉭酸鹽具有低熱導率和膨脹率， 但是作為涂層材料需要優(yōu)異的斷裂韌性， 因此如何調控其鐵彈性增韌將是未來一段時間探索的熱點。

2.2 耐磨涂層

高溫耐磨涂層主要應用于發(fā)動機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制備 Cr3 C2 -NiCr、 WC-Ni、 WC-Co、 Cr2 O3 涂層 。研究表明， 水會惡化涂層性能， 涂層材料斷裂韌性越高， 孔隙率和微裂紋長度越小， 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， 燃油雜質以及發(fā)動機部件掉落的殘骸等， 在高速氣流作用下不可避免地被吸入渦輪發(fā)動機內 。風洞實驗表明，直徑大于 30μm 的砂粒能對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)動機性能或導致其失效 。上世紀八十年末到九十年代初， 抗沖蝕涂層技術才真正應用于航空器抗砂粒環(huán)境。目前應用最廣泛的是合金化 TiAlN、ZrAlN 等涂層、 電弧鍍等技術制備的 ZrN/TiN 多層納米涂層以及復合的 Al/AlN、Ti/TiN、 Cr/CrN涂層等（如圖 2 所示）。廣泛應用于鎳基高溫合金、鈦合金部件的抗沖蝕性能提升。總體來說，我國能在航空發(fā)動機上得到應用的抗沖蝕涂層很少， 還不能滿足設計的技術要求。

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， 是亟待解決的技術難題。另外， 耐沖蝕涂層在干燥性空氣中對壓氣機葉片具有很好的抗沖蝕防護作用， 但在海洋環(huán)境卻可能受到嚴重的潮濕或鹽霧腐蝕破壞， 使葉片壽命縮短， 給發(fā)動機帶來安全隱患。目前這些工作還處在基礎和應用研究階段。