获奖项目名称：

航空发动机叶片抗冲刷耐腐蚀防护涂层与应用技术

第一完成单位：

中国科学院宁波材料技术与工程研究所

项目联系人：

王振玉

联系人电话：

18857496122

联系人邮箱：

wangzy@nimte.ac.cn

项目简介：

  该项目属于腐蚀防护涂层材料与表面工程技术领域，重点在力-热-盐耦合工况材料损伤基础理论、防护涂层体系创制、关键涂层装备研制、服役性能可靠评价与典型集成应用等方面，形成了全链条的创新发明成果，有力保障了航空等战略装备领域的高安全可靠和长寿命运行。
  航空发动机是国之重器，被誉为“工业皇冠上的明珠”，是国家科技能力和创新能力的重要体现。然而当飞机在沙漠、近海岸和海洋环境飞行时，砂尘、高温、高湿、高盐等多因素复杂工况导致高速高频受载叶片极易发生冲刷耦合腐蚀损伤，占航空发动机失效的20%以上。据统计，低压压气机叶片前缘因砂砾冲刷而磨损钝化，实际服役寿命不足设计值的1/8；因Cl-/SO42-盐渗透耦合力热腐蚀断裂，高压压气机叶片和低压涡轮叶片寿命衰减4倍以上。因此，设计和发展高性能抗冲刷耐腐蚀防护涂层材料技术，已成为国内外腐蚀防护材料与航空装备领域的研究重点方向。
  与国外美、加、俄等完备航空叶片防护涂层技术体系和成熟产业化应用相比，国内目前在高温防护涂层技术领域已实现重要突破，但开发的无机渗铝复合涂层和硬质陶瓷涂层材料还存在强韧抗全角度冲刷协同难、抗力-热-盐耦合防护寿命短、核心涂层装备自主率低、服役可靠评价不足的共性科学技术挑战。为系统解决上述问题，项目团队强强联合，以损伤失效理论指导涂层体系设计，通过服役评价迭代优化防护材料工艺，结合关键涂层装备自主研制，最终实现了发动机叶片强韧钝防护涂层材料集成应用的全链条创新突破。
  成果主要技术发明点包括：1）阐明了多地域典型冲刷介质（种类、粒径及成分）中氮基陶瓷涂层的冲刷损伤机理，发明了高离化等离子体束方向偏转与热/动力学复合调控新技术，发展出类锯齿状结构与强韧梯度多层调制的两大类抗全角度冲蚀（0°-90°）TiAlN基防护涂层新材料。2）揭示了钛合金/涂层力-热-盐耦合失效机制，提出抑制Cl-快速扩散并降低缺陷氧化物生长的新型涂层设计方法；发明了新型自修复MAX相及成分梯度结构复合MCrAlY两大类抗耦合损伤防护涂层新体系，突破了其高强韧结构精细调控低温制备技术。3）自主研制出2类高离化放电稳定的PVD涂层装备，建立了从试样至整体叶盘的五级砂尘浓度冲刷耦合评价系统，发明了梯度固溶及择优取向延寿新策略，突破了复杂叶片涂层冲蚀可靠评价、强界面结合、高均匀涂覆等关键技术，保障了航空发动机的高可靠安全与长寿命运行。
  项目获国家LJ专项课题、国家优秀青年基金、中科院重大装备研制等项目支持。授权发明专利44件，发表学术论文92篇，制定工艺规范/标准6项，其中5篇论文获中国腐蚀与防护学会优秀论文奖/最具学术论文奖、全国腐蚀电化学及测试方法年会优秀论文奖等。航空发动机叶片防护涂层技术实现了在多个重要型号装备的配套应用，近3年累计交付各类涂层叶片超10万多件，加工服务效益超5000万元，并拓展应用于航空轴承、作动筒、铝合金花键等重要动力部件，实现了航空战略高技术领域关键防护材料技术与装备的自主可控和供应链安全。同时，项目涂层技术还拓展用于高精密模具等先进制造领域，推动了行业创新引领和区域经济产业发展。培养了一支国内外有影响的表面防护涂层技术创新队伍（培养国家杰青/优青、长江学者等省部级以上人才7人次，毕业研究生64人），为推动国家航空技术装备和先进制造防护涂层技术研究与应用奠定了坚实基础和人才储备。