1、 引言

航空发起机由于其盛开式结构(与表界进行工质互换)，工况和服役环境复杂多样，加之自身的高温、高压和高转速，使得发起机零部件除接受气动力、惯性力和扰爪力表，其表表还要接受摩擦、介质侵蚀、表物冲刷等。因而，发起机零部件的使用靠得住性和寿命，除与设计、资料力学机能和造作亲昵有关表，很大水平上也取决于资料的物理、化学机能，如抗高温氧化、耐侵蚀机能、电磁机能等。而资料的抗氧化、耐侵蚀机能，往往是在特定试验参数和单一介质前提下的测试了局，与工程现实差距较大。发起机零部件在表部复杂环境下工作，接受多种侵蚀介质的作用，再加上自身机能的欠缺，常导致零件表表在寿命期内失效。

表表工程技术是通过某种工艺伎俩，赋予表表分歧于基体资料的机能以满足某种特定的职能需要，与提高资料自身机能的技术蹊径相比，拥有难度幼、快捷、成本低、可建复等特点。零部件选取表表工程措施的用度，通常仅占产品价值的 5%～10%，却能大幅提高产品的机能、耽搁其使用寿命，均匀效益高达 5～20 倍。因而，表表工程技术是解决表表失效最经济、最卓有成效的伎俩，在航空发起机行业得到了宽泛利用 [1] 。文件[2]指出：不带涂层的航空发起机涡轮叶片，若在贸易飞机发起机上使用，可工作 12 000 h，不会因高温氧化或热侵蚀而退化危险；若在反潜飞机发起机上使用，热侵蚀可使叶片寿命缩短90%，仅为 1 200 h；若在东南亚飞行的直升机发起机上使用，仅能工作 800 h；若在海上石油钻井平台上的直升机发起机上使用，寿命仅 300 h。由此可见，分歧的工作环境对发起机零部件的寿命和使用成本影响很大，为保障发起机的安全靠得住，改善其经济性，必须采取有效的表表防护措施。

美国执行的 IHPTET、VAATE 等航空动力预研打算，均把发起机经济可接受性和机能提高置于一致沉要的职位。目前，国表航空发起机发展已历经了四代，除机能水平大幅度提高表，其寿命和靠得住性也大大增长，尤其是民用航空发起机的寿命目前最长已超过40 000 h [3] ，表表工程技术功不成没。

2、 国内航空发起机表表工程技术近况和存在的问题

我国虽通过引进、测仿国表发起机把握了相应配套的表表工程技术，并已利用于在研在役各型发起机，获得了肯定的技术经济效益，但由于短缺自主钻研，技术储蓄不及，与世界先进水平的差距较大，合用于新结构、新资料、新工艺的新型表表工程技术基础幽微，难以满足新机研造和可持续性发展的要求。存在的问题重要有：

(1) 通用性差。目前国内表表工程技术所涉及的尺度和规范，或为型号专用规范，合用领域受限，扩大使用需发展有关钻研；或为领导性文件，仅作一些学问性划定，可操作性不强。

(2) 技术落后。目前选取的表表工程技术，往往是国表三代机甚至二代机的技术，创新性表表工程技术钻研滞后，难以满足国内新机研造需要。

(3) 齐全性差。尚未形成航空发起机表表工程技术系统和建成能在工程前提下使用的数据库，设计部门难以选用。

(4) 测试尺度缺失或与工程现实差距太大，难以定量评估表表工程技术工程现实的使用机能。

(5) 查核验证短缺权威的评估系统和评价尺度，故障表表工程新技术的工程利用。

(6) 衔接性差；∽暄杏肜米暄型呀，且新型表表工程技术工艺适应性差、成本高，造约其工程化利用。

3、 国内航空发起机对表表工程技术的需要

随着航空发起机机能和经济性指标的不休提高，对发起机整机和零部件的靠得住性和寿命要求越来越刻薄，发起机研造面对低成本和高机能的矛盾，对表表工程技术的需要也越来越火急。下面结合国内发起机研造，分析国内航空发起机对表表工程技术的需要。

3.1 表表改性技术

(1) 叶片表表激光冲击强化处置技术。

发起机电扇和压气机前几级叶片多选取钛合金资料，其工作环境恶劣，难以预防砂石、尘埃、飞鸟等表物的吸入，及由此造成的冲刷、撞击等，粉碎了叶片的表表齐全性，在表表产生过载断裂和委顿失效，缩短了叶片的使用寿命。传统的表表强化工艺(如喷丸)，已无法满足航空发起机 — —出格是大涵路比涡扇发起机电扇/压气机叶片使用寿命越来越长的寿命需要。激光冲击处置技术，较传统的喷丸处置可获得更深的残存应力层和更好的表表质量，大大提高了资料的委顿寿命和抗表物危险能力。目前，美国已将激光冲击强化技术，大量利用于各型军用飞机发起机压气机叶片和整体叶轮的表表强化，获得了优良的技术经济效益 [4] 。国内发起机叶片和涡轮盘仍使用机械喷丸的传统表表强化方式，对激光冲击表表强化处置技术尚处于理论钻研和利用摸索阶段，急需加强。

(2) 钛合金整体叶盘表表磨粒流光饰技术。

钛合金叶盘表表粗糙度相差一个数量级，往往意味着委顿寿命相差数倍甚至更高。表表磨粒流光饰技术，除了能解决传统手工抛磨工期长、加工质量不不变、磨削水平不均匀及对可达性差的部位难以进行抛磨等问题表，还能将原有的表表残存拉应力转化为压应力，进一步提高零件的委顿寿命。

(3) 钛合金整体叶盘线性摩擦焊、电子束焊焊接接头激光冲击强化技术。

目前，国内整体叶盘选取均质锻件整体毛坯数控加工，周期长、成本高，一旦部门败坏就造成整个叶盘报废，难以工程化利用，因而急需发展高效、低成本整体叶盘造作和建复技术。焊接式整体叶盘和转子在国表发起机上利用日益宽泛，线性摩擦焊技术是国表高效、低成本整体叶盘造作和建复技术的主流，在国内也属钻研热点，盘鼓间电子束焊接整体转子在国内已较为成熟。但这类焊接结构的焊缝属幽微部位，必须选取强化技术提高寿命和靠得住性，降低使用成本。

(4) 基于离子束表表强化迪胙合金摩擦副表表改性技术。

钛合金大量利用于电扇和压气机的轴颈、鼓筒等转子件，这些零件在承载的同时其部门往往接受着摩擦力、起摩擦副的作用。传统的涂层防护技术，涂层与基体界面层显著，涂层易剥落，防护成效较差，使用寿命较短，难以满足钛合金摩擦副对表表齐全性的特殊要求，对钛合金构件机能产生不利影响。与涂层防护技术相比，表表改性技术有显著优势，渗层深度和合金层内成分可控，渗入元素含量随深度呈梯度散布，表表合金层与基体无显著界面，结合牢固，无微裂纹，可显著提高防护层质量和寿命。 该技术也合用于高温合金、不锈钢摩擦副构件的表表改性。

(5) 钛合金机匣内壁防钛火阻燃钛合金表表层离子注入技术。

相对于目前国内尚不成熟且昂贵的阻燃钛合金，和防护成效较差、寿命较短的涂层，拥有成本和机能综合优势的阻燃钛合金表表层离子注入技术，应是未来防钛火钻研的关键技术之一。

3.2 涂层技术

涂层有耐磨涂层、封严涂层、高温防护涂层和防钛火涂层等。涂层可赋予基体资料表层新的使用机能，耽搁零部件寿命，改善发起机机能，从而降低发起机全寿命期使用成本。

(1) 耐磨涂层及涂敷技术。

航空发起机零件的磨损大局，蕴含磨料磨损、粘着磨损、委顿磨损、微动磨损、冲蚀磨损等几种。除靠改善光滑来降低磨损水平、通过表表改性提高耐磨性表，在没有光滑或不能光滑及表表改性不合用的部位，利用耐磨涂层可有效预防发起机零部件因磨损导致的使用寿命降低和构件失效。如钛合金工作叶片榫头与轮盘榫槽，在工作过程中由于气动力、惯性力作用会产生微动磨损和粘接，直至失效，降低使用靠得住性和寿命，防微动磨损涂层及涂覆技术可有效预防上述情况产生。

(2) 封严涂层及涂敷技术。

选取封严涂层，是航空发起机有效提高气路封严系统密封性的沉要措施。封严涂层分为可磨耗涂层(用于静子件)和自动磨削涂层(用于转子件)两类，通常涂敷于转子轴、鼓筒、机匣、叶片叶尖、压气机和涡轮各级之间的封严装置表表，以节造间隙、削减泄漏损失。

(3) 高温防护涂层技术。

航空发起机热端零部件需解决抗高温氧化、抗侵蚀问题，除选择好零部件自身资料表，应试虑对其表表采取防护措施。航空发起机提高推沉比的沉要伎俩之一是提高涡轮前温度，但现有结构资料(高温合金)和冷却技术难以满足涡轮叶片耐高温需要，必须选取热障涂层降低叶片基体的工作温度。国表钻研批注，在高压涡轮叶片表表涂上低导热系数热障涂层，可使涡轮进口温度至少提高 110℃，耽搁涡轮叶片使用寿命。若其它前提不变，厚200 μm的热障涂层可使基体金属温度降低 50℃，涡轮转子叶片前缘蠕变委顿寿命耽搁3倍以上，寒气量削减15%，耗油率降低 0.4%，还可简化冷却结构设计，降低造作成本 [5] 。高温防护涂层技术是现代航空发起机造作的关键技术之一，对长命命的大涵路比发起机造作拥有沉大意思。

(4) 防钛火涂层及涂覆技术。

航空发起机大量使用钛合金，在减轻结构沉量和提高机能的同时，也会带来钛火风险，危及飞行安全。防钛火涂层是防钛火经济、有效的解决措施之一，重要蕴含压气机钛合金转子叶片叶尖、鼓筒防钛火硬质封严涂层，及压气机钛合金机匣防钛火可磨耗封严涂层两个别系。国表防钛火涂层技术钻研已获得沉要成就，且已工程化利用于军民用航空发起机。如EJ200压气机机匣内壁涂覆氧化锆＋易磨封严涂层，转子叶片叶尖增长立方氮化硼涂层，鼓筒增长耐磨涂层；CFM56发起机压气机机匣内壁设计了防钛火衬套＋易磨封严涂层等，获得了优良的技术经济效益 [6，7] 。

(5) 钛合金叶片表表抗冲刷、耐侵蚀涂层及涂覆技术。

在恶劣环境下工作，电扇叶片要接受表物冲刷和侵蚀的双沉作用，对其使用寿命和靠得住性产生不利影响。电扇叶片资料多为钛合金，耐应力侵蚀能力差，对表表齐全性更为敏感。表表抗冲刷、耐侵蚀涂层可有效阻隔表物的冲刷和应力侵蚀作用，提高叶片的靠得住性和使用寿命，是先进航空发起机尤其是民用航空发起机必须的表表涂层技术。

(6) 尺寸建复涂层及涂敷技术。

发起机零件加工中常由于误操作造成部门尺寸超差，若报废不仅造成经济损失，且影响研造进度。尺寸建复涂层拥有效费比高、适应性强、快捷高效的特点，在非关沉件的转静子件尺寸建复方面有优良的利用远景。

(7) 异种金属接触防电化学侵蚀涂镀层、薄膜技术。

发起机异种金属衔接组件较多，若直接接触会因电位侵蚀导致零部件失效，火急需要可有效预防金属接触电化学侵蚀的涂镀层、薄膜技术。未来新资料的利用，在很大水平上取决因而否有配套的防电化学侵蚀的涂镀层、薄膜技术。

3.3 表表工程技术需解决的共性技术问题

(1) 表表工程技术使用机能的表征及测试技术。

(2) 表表工程技术对基材组织机能及零件表表齐全性的影响。

(3) 表表工程技术后续处置(残存应力解除、组织机能改善)及评估技术。

(4) 表表工程技术与零件加工工艺的匹配。

(5) 表表工程技术的经济性、通用性及可维建性。

(6) 表表工程技术质量无损检测及评估技术。

(7) 选取表表工程技术的构件的结构强度设计技术。

(8) 选取表表工程技术的构件的试验验证及评估技术。

4 、对我国航空发起机表表工程技术发展的几点建议

(1) 在满足使用要求的前提下，始终把低成本、高效能作为衡量表表工程技术先进与否的一个沉要指标。

(2) 以型号需要为布景，尽早发展有关新型表表工程技术的预研。

(3) 以具体构件为利用平台，实时发展有关新型表表工程技术的工程化利用钻研，注沉与设计-造作-试验相结合的集成验证。

(4) 加强测试、试验验证等配套技术的钻研和设备建设。

(5) 注沉表表工程技术系统的成立和美满。

(6) 造订科学的产学研结合科研体造，推动表表工程技术的工程利用。

参考文件：

[1] 徐滨士. 神奇的表表工程[M]. 北京：清华大学出版社，2000.

[2] 李金桂，肖定全. 现代表表工程手册[M]. 北京：国防工业出版社，2000.

[3] 刘大响，金 捷，彭友梅，等. 大型飞机发起机的发展示状和关键技术分析[J]. 航空动力学报，2008，23(6)：976—980.

[4] 郑启光. 激光先进造作技术[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2002.

[5] 陈 林. 航空发起机叶片用热障涂层的近况[J]. 航空造作工程，1997，15(6)：9—12.

[6] 霍武军，孙护国. 航空发起机钛火故障及防护技术[M].北京：航空科学技术出版社，2002.

[7] 陈 光，洪 杰，马艳红. 航空燃气涡轮发起机结构[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

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