中航工业制造所高能束表面工程专业技术创新综述

中国航空报讯：当前，服装的作用已不仅仅局限于遮体避寒，这种思维的创新带来了产品的创新。“服装模式”已被推广到人类产物，从太空飞船到地面建筑，从空中飞机到海底潜艇。与服装发展一样，随着这些产物自身的革新，对“服装”的要求也在转变，如新型飞机，应用了大量新材料，要求具有长寿命和高可靠性等特征，并尽可能地做到节能减排。中航工业制造所正密切追踪这种趋势的新发展，以“量体裁衣”为设计准则，以先进的高能束加工技术为手段，运用创新的设计理念，为飞行器新式“防护服”研发奋斗着。

与时俱进，

为航空新材料应用做盔甲

轻量化的飞机设计思想，使得钛合金、复合材料、铝合金等轻质材料在现代飞机中得以大量应用。新材料的应用在给飞机性能带来巨大利益的同时，也产生了一些瑕疵，如钛合金虽然具有密度低、耐热性较好、抗腐蚀性好、机械强度较高等优点，但抗微动性能差，易发生微动损伤，并且两种钛合金件在高速摩擦碰撞时，会发生燃烧着火；C/SiC复合材料在高温下具有良好的力学性能，但在发动机高温环境下碳纤维会发生严重氧化；镁合金虽然密度小，可承受较大的冲击载荷，但耐蚀性差。中航工业制造所着眼于飞机新材料防护需求，在“十二五”期间采用超声速火焰喷涂技术开展了飞机钛合金构件抗微动磨损和阻燃涂层研究，目前已突破了孔隙率和涂层均匀性控制技术，实现抗微动磨损性能提高4倍以上的成绩；采用等离子喷涂工艺开展了C/SiC复合材料环境障碍梯度涂层研究，突破了梯度层制备关键技术，采用冷喷涂工艺开展了镁合金非晶防腐蚀涂层研究，在弱酸中腐蚀试验中已突破300小时。

改革创新，

涂层微观变化显神通

涂层设计目前正朝着多元化、梯度化、纳米化、界面冶金化等方向发展，而这些微观组织结构的变化对其性能有重要影响，如多元化可以进一步提高涂层性能或实现原有涂层无法实现的功能；梯度化可以减少涂层与基体间物理性能不匹配带来的脱落等问题；纳米化则充分利用纳米材料的四大效应和复杂晶界优势，提高涂层的综合性能；涂层界面冶金化则可以大幅度提高涂层结合强度，延长涂层的服役寿命。中航工业制造所以实现涂层“四个现代化”为目标，利用高能束流加工技术，先后研发了分层结构热障涂层、纳米热障涂层、纳米多层薄膜、纳米复合薄膜、新型梯度封严涂层、稀土掺杂热障涂层和冶金结合的长寿命耐磨耐蚀涂层，其中采用离子辅助电子束物理气相沉积制备的分层结构热障涂层，热导率降低到1.2以下；纳米热障涂层比传统热障涂层的抗热震性能提高了2倍以上；纳米多层氮化物薄膜和纳米复合DLC薄膜的表面硬度达到了37GPa；采用等离子喷涂与激光热源复合技术，研发的长寿命耐磨耐蚀涂层，实现界面冶金结合，结合强度达到了160MPa以上；具有自主知识产权的新型封严涂层实现了涂层界面的半冶金化，从而大幅度提高了服役寿命，已应用于某新型发动机上。

响应号召，

仿生制造、绿色制造创洁净天空

革新传统涂层工艺，减少环境污染。长期以来飞机的部分耐磨构件使用电镀硬Cr涂层。中航工业制造所针对飞机起落架，采用超音速喷涂工艺已研制出WC替代Cr涂层。压气机叶片是飞机发动机的核心部件，有数据表明采用有效的涂层防护，可提高燃油效率3%。传统工艺采用喷涂复合涂料、电镀Ni-Cd、渗Al+硅酸盐涂层等方法，但改善叶片耐冲蚀及腐蚀能力有限。美国GE公司已研发出一种纳米多层氮化物涂层，可以解决压气机叶片防护问题。中航工业制造所针对这一信息，在“十二五”期间已启动相关研究，目前进展顺利。

融入仿生制造，提高现代制造技术水平，创洁净天空。自然生物经过数亿年的进化，其自身在环境适应性进化中形成了许多独特的功能，如荷叶的自清洁效应，其与水的接触角达到162°左右，滚动角小于2°，这是由荷叶表面蜡质材料和微纳复合结构的乳突共同作用产生的；游速高达每小时60千米的鲨鱼，在水中阻力很小，这是由于鲨鱼皮表面排列紧凑的微小盾形鳞片和表皮分泌黏液共同作用引起的。目前仿生疏水及减阻技术已成为热点，欧盟投资16亿欧元进行洁净天空计划，其中有仿生疏水及减阻研究，空客及波音也对此进行了研究。中航工业制造所紧紧抓住仿生制造的热点问题，采用激光微加工和涂层制备技术，正在研发航空环境下的超疏水和减阻表面，目前材料表面水接触角已达到159°，减阻及综合性能正在进一步优化。同时还开发了具有微存储器结构的润滑涂层，它是通过激光微加工，在硬质陶瓷表面形成周期性小孔，用于存储润滑剂和磨削，从而可大大提高耐磨性能，用于航空传动系统及机加工具。   

当前，中航工业制造所正在将创新意识融入到高能束表面工程当中，敬业诚信、创新超越，脚踏实地、实干担当，用先进制造技术的不断突破来支撑我们的“航空梦”。




http://www.cannews.com.cn/2013/0603/24707.shtml

中国航空报讯：当前，服装的作用已不仅仅局限于遮体避寒，这种思维的创新带来了产品的创新。“服装模式”已被推广到人类产物，从太空飞船到地面建筑，从空中飞机到海底潜艇。与服装发展一样，随着这些产物自身的革新，对“服装”的要求也在转变，如新型飞机，应用了大量新材料，要求具有长寿命和高可靠性等特征，并尽可能地做到节能减排。中航工业制造所正密切追踪这种趋势的新发展，以“量体裁衣”为设计准则，以先进的高能束加工技术为手段，运用创新的设计理念，为飞行器新式“防护服”研发奋斗着。

与时俱进，

为航空新材料应用做盔甲

轻量化的飞机设计思想，使得钛合金、复合材料、铝合金等轻质材料在现代飞机中得以大量应用。新材料的应用在给飞机性能带来巨大利益的同时，也产生了一些瑕疵，如钛合金虽然具有密度低、耐热性较好、抗腐蚀性好、机械强度较高等优点，但抗微动性能差，易发生微动损伤，并且两种钛合金件在高速摩擦碰撞时，会发生燃烧着火；C/SiC复合材料在高温下具有良好的力学性能，但在发动机高温环境下碳纤维会发生严重氧化；镁合金虽然密度小，可承受较大的冲击载荷，但耐蚀性差。中航工业制造所着眼于飞机新材料防护需求，在“十二五”期间采用超声速火焰喷涂技术开展了飞机钛合金构件抗微动磨损和阻燃涂层研究，目前已突破了孔隙率和涂层均匀性控制技术，实现抗微动磨损性能提高4倍以上的成绩；采用等离子喷涂工艺开展了C/SiC复合材料环境障碍梯度涂层研究，突破了梯度层制备关键技术，采用冷喷涂工艺开展了镁合金非晶防腐蚀涂层研究，在弱酸中腐蚀试验中已突破300小时。

改革创新，

涂层微观变化显神通

涂层设计目前正朝着多元化、梯度化、纳米化、界面冶金化等方向发展，而这些微观组织结构的变化对其性能有重要影响，如多元化可以进一步提高涂层性能或实现原有涂层无法实现的功能；梯度化可以减少涂层与基体间物理性能不匹配带来的脱落等问题；纳米化则充分利用纳米材料的四大效应和复杂晶界优势，提高涂层的综合性能；涂层界面冶金化则可以大幅度提高涂层结合强度，延长涂层的服役寿命。中航工业制造所以实现涂层“四个现代化”为目标，利用高能束流加工技术，先后研发了分层结构热障涂层、纳米热障涂层、纳米多层薄膜、纳米复合薄膜、新型梯度封严涂层、稀土掺杂热障涂层和冶金结合的长寿命耐磨耐蚀涂层，其中采用离子辅助电子束物理气相沉积制备的分层结构热障涂层，热导率降低到1.2以下；纳米热障涂层比传统热障涂层的抗热震性能提高了2倍以上；纳米多层氮化物薄膜和纳米复合DLC薄膜的表面硬度达到了37GPa；采用等离子喷涂与激光热源复合技术，研发的长寿命耐磨耐蚀涂层，实现界面冶金结合，结合强度达到了160MPa以上；具有自主知识产权的新型封严涂层实现了涂层界面的半冶金化，从而大幅度提高了服役寿命，已应用于某新型发动机上。

响应号召，

仿生制造、绿色制造创洁净天空

革新传统涂层工艺，减少环境污染。长期以来飞机的部分耐磨构件使用电镀硬Cr涂层。中航工业制造所针对飞机起落架，采用超音速喷涂工艺已研制出WC替代Cr涂层。压气机叶片是飞机发动机的核心部件，有数据表明采用有效的涂层防护，可提高燃油效率3%。传统工艺采用喷涂复合涂料、电镀Ni-Cd、渗Al+硅酸盐涂层等方法，但改善叶片耐冲蚀及腐蚀能力有限。美国GE公司已研发出一种纳米多层氮化物涂层，可以解决压气机叶片防护问题。中航工业制造所针对这一信息，在“十二五”期间已启动相关研究，目前进展顺利。

融入仿生制造，提高现代制造技术水平，创洁净天空。自然生物经过数亿年的进化，其自身在环境适应性进化中形成了许多独特的功能，如荷叶的自清洁效应，其与水的接触角达到162°左右，滚动角小于2°，这是由荷叶表面蜡质材料和微纳复合结构的乳突共同作用产生的；游速高达每小时60千米的鲨鱼，在水中阻力很小，这是由于鲨鱼皮表面排列紧凑的微小盾形鳞片和表皮分泌黏液共同作用引起的。目前仿生疏水及减阻技术已成为热点，欧盟投资16亿欧元进行洁净天空计划，其中有仿生疏水及减阻研究，空客及波音也对此进行了研究。中航工业制造所紧紧抓住仿生制造的热点问题，采用激光微加工和涂层制备技术，正在研发航空环境下的超疏水和减阻表面，目前材料表面水接触角已达到159°，减阻及综合性能正在进一步优化。同时还开发了具有微存储器结构的润滑涂层，它是通过激光微加工，在硬质陶瓷表面形成周期性小孔，用于存储润滑剂和磨削，从而可大大提高耐磨性能，用于航空传动系统及机加工具。   

当前，中航工业制造所正在将创新意识融入到高能束表面工程当中，敬业诚信、创新超越，脚踏实地、实干担当，用先进制造技术的不断突破来支撑我们的“航空梦”。




http://www.cannews.com.cn/2013/0603/24707.shtml