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一．涡轮叶片是先进航空发动机核心关键之一
航空发动机被称为现代工业“皇冠上的明珠”，航空发动机是飞机的“心脏”， 价值一般占到整架飞机的 20%-25%。目前，能独立研制、生产航空发动机的国家只有美、英、法、俄、中5 个。但是，无论“昆仑”、“秦岭”发动机、还是“太行”系列，我距离这一领域的“珠穆朗玛”照旧存在不小的差距。美、俄、英、法四个顶级“玩家”能够自主研发先进航空发动机。西方四国由于对将来战场与市场的担忧，在航空发动机核心技术上始终对中国实施禁运和封锁。技术难关有很多。本人认为涡轮叶片是先进航空发动机的核心技术之一。
随着航空航天工业的进展，对发动机的性能要求越来越高，要使发动机具有高的推重比和大的推动力，所承受的主要措施是提高涡轮进口温度。国外在 20 世纪 90 年月，要求涡轮前燃气进口温度达1850-1950K。美面标准大气条件下， 航空燃气涡轮机的的涡轮进口温度高达 2366K。涡轮进口温度的提高要求发动机零件必需具有更高的抗热冲击、耐高温腐蚀、抗热交变和简单应力的力量。对于舰载机，由于在海洋高盐雾环境下长期服役， 要求发动机的叶片的耐腐蚀性更高；常在沙漠上飞行的飞机，发动机的叶片要具有更好的耐磨蚀。
众所周知：镍基和钴基高温合金具有优异的高温力学和腐蚀性
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能，广泛用于制造航空发动机和各类燃气轮机的涡轮叶片〔blade and vane〕。就材质来看：各国的高温合金型号虽各不一样，但就相近成分的高温合金来说，其性能相近〔生产工艺方法不同有也造成性能有大的差异〕。好的高温合金的使用温度也只有 1073K 左右，为到达前面所说的要求温度，承受的方法有二：一是制成空心的叶片。空心叶片自 20 世纪 60 年月中期消灭以来，经受了对流冷却、冲击冷却、气膜冷却以及综合冷却的进展历程，使进气口温度高出叶片材料约300
—500℃，内腔的走向简单化和细致化。这一步的改进仍难满足需要， 且英国进展打算将取消冷却。二是涂层，常进展多材质多层次涂层。
PVT 公司争论说明：军用直升机上的发动机叶片承受涂层，在沙漠上飞行，寿命可提高 3 倍左右，不仅大大降低了制造发动机叶片的本钱，同时也使飞机的维护时间延长了两倍。
二．涡轮叶片的涂层
高温合金的生产方法或晶形构造对产品的性能是有很大影响的， 如图 1 所示， GE 公司 20 年前开头承受单晶高温合金制作战机用发
Comparative preperties of polycrystal,columnar and single-crystal superallys
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动机叶片。从图1 看出：使用单晶后，蠕变和热疲乏提高9 倍，但抗腐蚀性只提高 4 倍，增加涂层仍格外必要。
涡轮叶片的涂层的方法很多，常用的有热渗、磁控溅射、热喷涂三种，热渗法方法简洁便利，本钱低，也是最适合叶片内腔涂层的方法。
热渗法属于化学热处理，利用高温的方法将化学原子集中注入到基体金属中，并在其外表沉积均匀的保护膜。依据使用原料的状态的不同，又可分为固体粉末包埋法、气相法、液相法和浆料法，其中固体粉末包埋法、气相法用得最广。热渗涂层原理简洁，但工艺掌握方法是关键，我国已有相关部门在进展这方面的争论，但从公布的图片看，仍有差距；国外对军工涂层技术也是封锁的。下面谈GE 和Siemens 两家世界最大的燃气轮机生厂家的有关状况。
GE 的燃气轮机不仅用于民用发电，也应用于美国军事飞机、和海军舰艇。 图 2 为GE 不同涂层的性能比照图。1968 年 GE 研发了TF39 涡轮风扇发动机,并应用于C-5“银河”远程重型运输机上。
Comparative resistance in types of coatings
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1969 年GE 以 TF39 涡轮风扇发动机的核心机为根底，研制型 L M25OO 燃气轮机样机，LM2500 的输出功率到达了 25500 马力〔18755 千瓦〕，效率到达了 %， 首次装于 31 艘 8040 吨的“斯普鲁恩斯”级驱除舰，最大航速到达 33 节
M25OO 燃气轮机的燃气发生器涡轮转子由一个锥形前轴、两个带叶片和护圈的涡轮盘、一个圆锥形转子隔板、一个热屏蔽和一个后轴组成，两级涡轮叶片均为长叶柄、内冷却式构造，叶根为机树形。长叶柄叶片不但为冷却空气供给了通路，而且由于较高的阻尼作用减小了振动，轮盘外缘的温度也降低了。叶片成对地钎焊在一起，材料为Rene80 钴基合金，外表渗有抗腐蚀、抗氧化的钴铬铝钇保护层。动力涡轮的 6 级工作叶片全部为带冠构造，抗振性能好，效率高，用耐腐蚀材料Rene77 合金制造，前 3 级工作叶片外表还涂有防腐蚀涂层。导向器叶片的前 3 级也是用Rene77 合金制造，后3 级则改为用Rene 41 合金制造。
的LM2500＋型燃气轮机在 1998 年进展试车，功率到达了4050 0 马力〔29788 千瓦〕，%。美国海军的LHD1“黄蜂”级大型两栖攻击舰的动力装置原来承受两台共 7 万马力〔51485 千瓦〕 的蒸汽轮机，从第8 艘“马金岛”号〔LHDS〕起，已经改为使用两台LM25OO＋燃气轮机推动。在 2025 年开头对一代 LM2500+G4 进展试验，最大功率到达了47370 马力〔34841 千瓦〕，效率进一步提高到3 ％。
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Seimens 已成立了 160 多年，效劳于中国已近 140 年，在中国有
90 多家营运企业。Seimens 生产的燃气轮机主要用于能源发电领域
〔本人暂末查在军事领域中的应用〕。华能上海燃机电厂配备了三台先进的 Siemens 燃气轮机，总装机容量达 1200 MW，发电效率到达 5 8%，是我国目前最大的联合循环电厂之一，2025 年度亚洲最正确燃气电厂。承受Seimens 燃气轮机及技术的华能玉环电厂〔4x1000MW〕是我国高效清洁燃煤电厂建设史上的里程碑，在机组容量、环保、高效率及节能方面居世界领先水平，整体效率高达 45%。
涡轮机入口温度〔TIT〕从 1060°C 提高到 1075°C 或者使用 4 1MAC 需要特别的保护的热屏蔽涂料来适当的削减温度梯度(热气面/ 冷却空气面)，以此充分削减叶片上的静态和动态负荷以获得相对长的使用年限。防护涂层系统也必需保证在不那么可延展的热屏蔽薄层(TBC)和根底材料之间的最正确压焊。 为此需要特别进展的粘合层将T BC 粘合在根底材料上 (基于镍的铸件)，由于这些材料的物理性质存在着极端的差异。这些防护涂层(粘合层)也必需供给保护以防高温氧化和腐蚀。叶片主要承受Rene 合金+涂层。
三．上海晶淳材料介绍
上海晶淳材料是落户于上海市松江区城区，是一家专业从事金属、非金属〔陶瓷〕粉体材料及制品的民营高科技企业。以“节能 环保 安全”为设计理念，开发生产低碳绿色环保型产品。
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公司开发的粉体涂层材料主要用于燃气轮机叶片、模具和机械零部件的外表处理；公司开发的陶瓷低温烧结剂广泛应用于特种陶瓷行业； 公司开发的金属粉末、粉末冶金和特种陶瓷制品广泛用于机械、冶金、化工、汽车电子等行业。
公司通过了Siemens 公司的全面质量认证，是 Siemens 公司的燃气轮机叶片涂层材料定点生产厂家，产品质量到达并超过了原进口材料的质量水平，性能稳定牢靠。2025 年已为 Siemens 公司生产近 60 吨涂层材料。产品主要用于 SGT5-4000F 型燃气轮机叶片的涂层生产。
SGT5-4000F 型燃气轮机,功率 340MW〔相当 GE 十台LM2500+G4 型燃气轮机〕。重 440t,燃气涡轮机长 13m、高 5m。与火力发电和核发电相比较，燃气涡轮机的优点是效率高，有着很好的调整掌握可能性。只需 15min 的时间，启动后的涡轮机即可满负荷工作。启动时，首先把发电机当作电动机使用、驱动着涡轮机的主轴旋转,多级压缩机的周密叶轮产生肯定的压缩空气,点燃燃气之后，涡轮机连续旋转，直到稳定在其最高转速并带动发电机发电。温度高达600℃的废气将被回收利用：由热交换器生产出蒸汽，并将这些蒸汽输送到燃气涡轮机后端的蒸汽涡轮机中进展发电。已经很高的、几乎到达 40％的燃气涡轮机效率也因此进一步得到了提高，整套发电机组的总效率高达6 0％。
公司粉体涂层材料现有渗铬粉和渗铝粉二种，渗铬粉型号为JC- SCR-55，主要用于叶片的外外表涂层，为粉体包埋法渗铬涂层。图 3
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为渗铬涂层叶片。
渗铬涂层叶片
渗铝粉有 JC-SA-5 和 JC-SA-20 二个型号，主要用于叶片内腔的涂层； JC-SA-5 为气态渗铝涂层，JC-SA-20 为粉体包埋法渗铝涂层。镍基高温合金涂铬厚度为 60—100um。镍基高温合金涂铝厚度为 40
—100um。产品构造致密，防腐蚀性能优越。
涂层后金相(左为渗铬涂层,右为渗铝涂层)
四．参考文献〔略〕
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