获奖项目名称：

飞行器难熔金属热端部件硅化物超高温防护涂层

第一完成单位：

西北有色金属研究院

项目联系人：

项嘉义

联系人电话：

15202932939

联系人邮箱：

xiangjiayi@c-nin.com

项目简介：

2.1项目研究的目的意义；
  本课题来源于军品配套科研项目、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、陕西省创新人才推进计划、陕西省自然科学基础研究计划，同时受中国航空动力机械研究所、上海空间推进研究所、沈阳发动机设计研究所、成都飞机工业（集团）有限责任公司等单位委托，针对我国航空航天飞行器动力系统关键难熔金属热端部件的高温抗氧化、抗热震、抗热冲刷以及长寿命的防护需求，自主设计了适用于钽钨/铌钨/钼合金材料的高温防护涂层，并攻克了复杂异形工程部件内外表面涂层的均匀化制备技术以及焊缝涂层补涂技术，保障了我国重点型号装备的研制以及国防安全。
2.2主要技术发明点；
  （1）研制了B改性MoSi2涂层，促使涂层氧化生成硼硅酸盐玻璃膜，同时提高了涂层氧化膜的低温成膜能力以及高温粘性流动能力，解决了因催化剂载体融入和热冲刷导致的涂层“自愈合”能力下降问题，同时显著减缓了涂层的超高温退化速率，解决了应力-氧化-腐蚀-热冲刷-元素界面扩散耦合作用下火箭发动机钼合金热端部件的氧化-脆化断裂问题。
  （2）发明了(Nb,Ti,Mo)Si2-(Ti,Nb,Mo)5Si3复合硅化物涂层，该涂层突破了传统单一氧化膜防护理念，在高温条件下氧化生成具有“砂石-混凝土”特征结构的复合氧化膜，实现超高温环境下氧化膜阻氧能力、自愈合能力与结构稳定性的协同提升，攻克了火箭发动机和航空发动机铌钨合金热端部件的氧化失效和烧穿难题，填补国内空白。
  （3）通过添加超高温陶瓷颗粒（ZrB2、MoSi2等）、活性元素（Hf、Zr）以及高熔点元素（Cr、Mo等）对熔烧硅化物涂层改性，在钽钨合金表面构筑成分梯度结构，同时采用改性Hf-Ta涂层作粘结层，实现对钽钨合金室温~1800℃的全温域防护，解决了航空发动机钽钨合金热端部件室温~1750℃无水冷条件下的抗氧化难题，成为我国航空发动机钽钨合金高温受感器壳体高温防护涂层唯一供应商，填补国内空白。
  （4）创新了钽钨合金表面“一步”原位制备硼化物-硅化物复合陶瓷涂层的方法，涂层各层及涂层/基体界面均为原位自生界面，有效克服了超高温硼化物陶瓷因熔点过高难以致密化制备以及与钽钨合金界面结合性能和1500℃以上抗氧化性能不足的难题，为发展钽钨合金热端部件表面超高温（＞1750℃）防护涂层提供了新思路。
  （5）通过直接添加高硅陶瓷和HfO2颗粒对熔烧硅化物涂层改性，显著提高了涂层上层中高硅相（WSi2或MoSi2）的含量，同时通过调控晶/玻氧化物之间的高温界面反应，利用原位反应生成的硅酸盐颗粒和残余高熔点晶态氧化物颗粒对SiO2玻璃膜进行强化-钉扎，并缩小氧化膜与涂层间的热膨胀系数失配度，显著提升了氧化膜的阻氧能力和抗剥落性能，从而大幅提高了钽钨合金表面硅化物涂层在1800℃的抗氧化与抗热震性能。
  （6）发明了真空高温熔烧和激光熔覆两种改性铪钽金属涂层，解决了涂层熔烧制备温度过高与基材承温能力有限之间的矛盾以及激光熔覆过程中预置层的剥落难题，实现对铪钽合金涂层的深度改性和性能调控，并采用改性铪钽涂层作过渡层，显著提高了复合涂层在1800℃的抗热震和抗热冲刷性能。
  （7）采用多次涂覆-真空反应熔烧的涂层制备工艺，并通过控制纳微颗粒复合料浆的粘度和真空反应熔烧工艺，实现对料浆收缩率的控制，突破了弯曲细管内外表面（外径Φ3mm、内径Φ2 mm）、多孔板孔道内表面（Φ1.8mm）、复杂内腔表面、尖角和棱边部位的涂层均匀化制备技术以及焊缝涂层补涂技术，建立了相关企业标准。
2.3成果产生的价值；
  研制的高温防护涂层批量应用于我国新型航空航天发动机的复杂异形构件，具有重要的国防应用价值和显著的社会经济效益。