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磨损粘附研发出耐3000℃封严的新叶片

2018-01-14 09:06:22 陶瓷 材料 涂层 来源:娄底要闻网

  新华社长沙01月14日电(记者谢樱)记者14日从中南大学获悉,中南大学粉末冶金国家实验室黄伯云院士团队通过大量实验,开发了一种新型的耐3000℃烧蚀的陶瓷涂层及其复合材料,这一发现有可能为高超声速飞行器的研制铺平道路,以一台典型的涡扇发动机为例,高压涡轮与机匣间隙每减少0.254mm,涡轮效率提高约1%;压气机的径向间隙每增加0.076mm,单位耗油率增加约1%,在如此高的速度下,2小时内便可完成从北京到纽约的飞行旅程,但前提是飞行器的关键结构部件能够承受住剧烈的空气摩擦和高达2000-3000℃的热气流冲击而不被破坏,中国科学院金属研究所专用材料与器件研究部的空间热控器件与材料摩擦学课题组在国内率先开展这方面的研究,自主设计建造了国内首台模拟封严涂层与叶片极端工况下摩擦磨损行为的试验机,后期又陆续研发了升级版的二代、三代试验机。

  这种陶瓷是一种多元含硼单相碳化物,具有稳定的碳化物晶体结构,由Zr、Ti、C和B四种元素组成,通过对叶尖上涂层粘附层与原始涂层的对比表征分析,发现高速刮擦时强烈的摩擦热导致涂层中金属相Al发生熔融,在刮擦作用下向叶尖粘附是材料转移的机理,“由于这种超高温陶瓷兼具了碳化物的高温适应性和硼化物的抗氧化特性,使上述涂层和复合材料表现出优越的抗烧蚀性能和抗热震性能,是高超声速飞行器关键部件极具前途的候选材料。

  通过对叶片剪切唇的组织演化表征研究,基于高速断续刮擦的特点,联系高速摩擦热在摩擦副双方的分配与传导,提出了剪切唇的形成机理,团队研发的研究成果于01月14日在《自然·通讯》(NatureCommunications)上发表,中南大学粉末冶金国家重点实验室为本论文第一完成单位,熊翔教授为第一通讯作者,曾毅博士为第一作者,科研人员建立了高速刮擦中的一维热传导模型,发现对摩副材料的热物性能对接触区域的温升速率有重要影响,导致涂层粘附叶片或叶片磨损的摩擦学行为,文章一经刊出即受到了国外学界、媒体的广泛关注

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