为了增强海防实力，我国投入使用了航空母舰，因此对舰载机需求增加。海洋环境下服役舰载机发动机零部件容易受高湿、盐雾以及微生物等形式的化学腐蚀，寿命大幅度缩短，维护费用和大修成本剧增。另外国内越来越多的发动机在一定翻修期服役后要返厂大修，因此发动机零部件修理技术，尤其是表面涂层修复和尺寸修复将成为大修生产的关键和瓶颈技术。

   热喷涂和物理气相沉积是航空发动机制造企业使用最为广泛的表面工程技术，被用于发动机耐磨、抗氧化腐蚀、热障、防粘接、抗微振磨损、阻燃、隐身及零件尺寸修复等功能涂层的生产。为促进新型军机发动机涂层技术的研究和应用，发动机隐身涂层、压气机叶片抗冲蚀涂层及钛合金转子叶片和机匣防钛火涂层技术的研究受到国内外广泛关注。近几年，随着压气机和涡轮气路封严技术的迅速发展，相应的刷式封严耐磨涂层、压气机钛合金转子叶片叶尖复合镀耐磨涂层等新技术得到了应用。其中冷喷涂（又称动力喷涂）技术具有避免喷涂粉末氧化，材料成分、晶体相和晶粒尺寸不变，涂层致密，且可以喷涂厚涂层等优点，在国外发动机大修生产中早已经得到了实际应用。

   （一）抗冲蚀涂层技术

   飞机在低空飞行、起飞和降落过程中，空气中的盐粒、火山灰、雪和沙粒等在高速气流作用下不可避免地被吸入涡轮发动机内，对叶片造成明显的冲蚀磨损，大颗粒甚至能使叶片变形，影响发动机性能或导致其失效。尤其近年来开始使用的高比强度、综合性能和耐蚀性好的钛合金压气机叶片，耐冲蚀性能很差，更需要解决冲蚀磨损问题。抗冲蚀涂层是解决压气机叶片冲蚀损伤的最有效手段。
 

航空发动机涂层技术
 

   目前，国外主要将二元抗冲蚀涂层用于航空发动机上，如法国幻影战机一、二级压气机叶片使用TiN 涂层，前苏联也使用TiN、CrC、ZrN 涂层叶片，尤其将TiN 涂层应用于米-24、米-28 直升发动机引擎螺旋桨及压气机转子叶片上。美国则将TiN 涂层用于CH-46E 海上骑士运输直升机的引擎螺旋桨叶片，使叶片寿命提高了3~4 倍，英国也通过研究将耐冲蚀涂层用在“山猫”直升机压气机叶片上。MDS-PRAD、GE 公司进一步改进抗冲蚀涂层，并将成分分别为TiN 和TiAlN 的ER7 和BlackGold陶瓷涂层用在直升机和运输机发动机上。ER7 涂层结构为软／硬层交替排列结构，并以过渡层与基体结合，如图1 所示。与单层涂层相比，ER7 具有更好的断裂韧性和抗冲击性能，目前已在涡轴和涡扇发动机上得到广泛使用。

   国内外对多元合金化TiAlN、ZrAlN 等涂层、电弧镀等技术制备的ZrN/TiN 多层纳米涂层以及复合的Al/AlN、Ti/TiN、Cr/CrN 涂层等进行了大量研究。具有典型Cr/CrN交替的涂层显微组织的复合涂层可明显改善涂层抗冲蚀性能。Cr/CrN 抗冲蚀性能与Cr/CrN的层厚比值Q 密切相关，在Q为0.81 时涂层抗冲蚀性能最佳。复合涂层内的韧性相承受较多的塑性变形，硬质脆性相则发挥增强涂层抗磨损性能的作用，同时向TiN 涂层中添加铝实现多元合金化也能增强涂层抗冲蚀性能。

   国内对压气机叶片抗冲蚀涂层做了一些应用研究，如涡喷7 发动机1~6 级压气机叶片采用低温渗铝-硅酸盐复合涂层后，对叶片防腐蚀效果明显。中国南方航空动力使用的TiN 沉积涂层也对压气机叶片起到了较好的防护作用。

   抗冲蚀涂层脆性较大，增加了合金表面裂纹萌生的倾向，从而降低合金的抗疲劳性能，是亟待解决的技术难题。另外，耐冲蚀涂层在干燥性空气中对压气机叶片具有很好的抗冲蚀防护作用，但在海洋环境却可能受到严重的潮湿或盐雾腐蚀破坏，使叶片寿命缩短，给发动机带来安全隐患。这需要在二元陶瓷涂层基础上开展合金化多元涂层及复合涂层研究，即向二元陶瓷涂层中加入Al、Cr、Si、B、Hf 等元素，以提高涂层耐海洋腐蚀性能。同时，加强涂层无损检测技术，包括涂层孔隙、分层和裂纹检测以及热障涂层厚度在线检测技术的研究也势在必行，为发动机涂层的工程化应用提供安全保障。

   （二）防钛火涂层技术

   钛合金因其比强度高、密度小、熔点高、抗腐蚀性能好等优点，被广泛用于航空发动机的风扇叶片、压气机机匣和叶片等部件，以提高发动机推重比。然而随着飞机性能的不断提高，发动机钛合金零部件，特别是高压压气机的工作温度、压强和气流速度越来越高，加上对磨件之间的摩擦，常导致钛合金燃烧。20 世纪70年代以来，仅美国和前苏联就分别发生过一百多和三十余起发动机钛火事故。其中，由高压压气机转子叶片引起钛火事故的比例高达22.5%，涡轮故障则达20%，严重制约了钛合金在发动机上的应用，因此防钛火技术成为各国急需解决的技术瓶颈问题。
 

钛合金发动机机匣
 

   国内外主要采取改进发动机设计、阻燃钛合金和阻燃（或防钛火）涂层技术防止钛合金燃烧。美国曾经在F119 战机上应用阻燃钛合金，但合金成本过高，阻燃涂层则是工艺简单、成本低、可维护且有效的阻燃技术。在容易摩擦着火的钛合金表面涂覆阻燃涂层，减少摩擦热量积累和传导，以延缓或阻止钛合金燃烧。要求涂层有良好的可磨耗性、低摩擦系数以及抗氧化腐蚀性能、低燃烧热值、高光洁度。钛合金机匣涂层还应具备封严功能，且与对磨叶片合金有较好的兼容性。

   NASA 曾通过对十几种阻燃涂层试验确定了几种具有阻燃和抗氧化性能的涂层材料。针对EJ-200HP 压气机机匣的钛火问题，英国R·R 公司、意大利FAIT 公司、德国MTU公司及西班牙ITP 公司联合研究，确定采用氧化锆隔热底层和含膨润土可磨耗封严面层的涂层结构来提高钛合金机匣的阻燃抗氧化性能，并在相应压气机转子叶片叶尖部位涂覆立方氮化硼强化的耐磨涂层，大大减少了钛火事故。CFM-56 发动机的高压压气机钛合金机匣内环装配了兼具密封和防钛火作用的钢衬套和防火隔圈，该隔圈上涂覆铝青铜可磨耗涂层。某大修机的压气机机匣为BT3-1 变形钛合金，因此在机匣内侧等离子喷涂含有氮化硼的防护涂层。国内中航工业西航和北京矿冶研究总院采用热喷涂技术制备阻燃涂层，并初见成效。

   国内北京矿冶研究总院、北京航材院、海军航空工程学院、太原理工等单位对钛摩擦着火、金属液滴、激光常温常压下点燃等阻燃性能检测技术进行了研究。总体上，我国在防钛火涂层成分和结构设计、涂层制备以及防钛火性能测试技术等方面取得了一些进展，但仍需要很多研究工作以加快涂层的实际应用。

   （三）隐身涂层技术

   现代战争中雷达等探测技术日趋先进，隐身涂层则有利于增加军机的隐蔽性和战场生存能力，保障战斗力。隐身涂层由于使用方便、成本低、操作方便、不受零件几何形状限制，成为近年来发展最快的隐身技术研究领域。
 

隐身涂层
 

   对于新型号隐身军机发动机，需要进行红外和雷达隐身技术研究。发动机的涡轮叶片、加力燃烧室内锥、尾喷管调节片等零部件工作温度高，需要红外隐身技术。对于发动机静子叶片、隔热屏及喷管的外调节片和弹性片等零部件，则需要雷达波隐身技术。

   隐身涂层和薄膜的制备技术包括磁控溅射、涂料喷涂加固化等工艺，热喷涂吸波涂层是近年来出现的新技术，主要被用于高温陶瓷和铁氧体吸波涂层。 红外隐身涂层即是降低目标自身热辐射及其与环境之间的红外辐射差异，以增加敌方探测难度，其技术途径是以红外隐身涂层和低发射率薄膜等形式控制表面温度或降低辐射发射率。红外隐身涂层由粘合剂和填料组成，填料一般由金属、着色和半导体3 种颜料组成，起到反射和降低发射率的作用。目前红外隐身涂层的缺点是涂层厚、面密度大，且受工况影响。寻找具有红外波段高透明或低吸收性能以及良好的物理性能的粘合剂，是红外隐身涂层的一大技术难点。

   雷达吸波材料是利用其特殊的电磁特性将入射电磁波转化为热能，以减少回波能量，从而达到隐身的目的。相应地，雷达吸波涂层则应对相应波段的雷达波具有低反射率，反射衰减大小是其雷达隐身性能的重要指标。实际应用中要求涂层频带尽量宽，涂层尽量薄，材料尽量轻，雷达吸波能量最强，即具有薄（涂层）、宽（频）、强（吸收）的效果。国外较早就研究了SiC 和Si3N4 增强的耐高温吸波复合材料，如美国研制的SiC 纤维增强玻璃陶瓷复合材料即使在高温下也具有吸波性能。美国洛克希德·马丁公司将陶瓷基材料作为吸波材料用在F117 隐身飞机发动机的尾喷管后沿，能够承受1093℃的高温。但由于该材料成型温度高、厚度大且难以控制等因素存在，在一定程度上限制了它的推广应用。

   近年来发达国家在提高隐身涂料耐高温性能，探索新型颜料和粘接剂等方面作了大量研究，实现了工程化应用。如美国F-22、F-117A、B-2以及法国幻影-2000 战斗机均采用了隐身涂层技术，隐身飞机生产商洛克希德·马丁公司也将其最新隐身技术研究成果用于F-35 战机上。美陆军装备研究司令部、英国BTRRLC公司、澳大利亚国防科技组织的材料研究室、德国PUSH GUNTER 以及瑞典巴拉居达公司均研制成功第二代隐身涂层技术，有些涂层兼容红外、毫米波和可见光隐身功能。NorthropGrumman 公司研制的MagRAM （铁填充弹性橡胶材料）隐身涂层进一步降低了美空军B-2 轰炸机的雷达波反射率，增强了对低频雷达反侦探能力，且使隐身零部件的维护时间减少了一半多。

   未来发展方向：

   （1）研制新型有较强吸波能力和低红外发射率隐身材料，减小隐身涂层厚度，开发抗氧化、耐海洋或湿热腐蚀隐身材料，以提高涂层的使用寿命。

   （2）研究宽频带吸波材料，实现多频谱隐身；通过多层雷达吸波材料研制和结构设计，改善涂层吸波效果并展宽频带。

   （3）研制适合于在喷管调节片和加力燃烧室内锥等发动机零部件上使用的雷达与红外隐身兼容的材料和涂层制备技术。

   （4）采用新型工艺提高涂层耐高温性能，延长吸波涂层的使用寿命，解决的吸波隐身技术问题。

责任编辑：周娅

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