航空发动机到底用到了多少种涂层？
涂层技术(Coating Technology)在当今航空发动机中已经获得了广泛应用，主要用来延长发动机零部件的使用寿命，在很长一段时间里，国内对涂层技术是存在质疑的。一方面是对涂层的功能性吃不透，设计有偏差；另一方面，涂层的关键性能不达标，起不到功能性作用。因此，涂层通常被戏称为“一件可穿可不穿的衣服”(还不如裸奔来的实在)。

然而，欧美无论是军用还是民用航空发动机动辄几千小时、甚至上万小时的首次翻修寿命已经告诉我们，涂层在这之中发挥了不可取代的作用。那么，就让我们来看看航空发动机到底用到了哪些涂层吧~
z“脆弱”的涂层——易磨涂层

易磨涂层(Abradable Coating)，是发动机叶尖封严系统的一部分，也叫“封严涂层”。通常应用于机匣零件中的跑道面，主要作用是减少叶尖碰磨损伤。由于易磨涂层需要跟叶尖进行对磨，为了保护叶尖，易磨涂层一般硬度小，结合力差，从而能够保证叶尖在大服役状态碰上时，能够有效地刮削涂层。

根据不同的服役温度环境，易磨涂层的材料分为压气机部分的AlSi-聚酯、AlSi-BN、NiCrAl-膨润土和涡轮部分的NiCrAlY以及陶瓷涂层等。工艺上根据不同的材料，会使用到火焰喷涂、等离子喷涂以及超音速火焰喷涂等工艺。


z“坚硬”的涂层——耐磨涂层
既然有“玻璃心”涂层，那肯定也有“勇敢的心”——耐磨涂层(Wear Resistant Coating)，主要应用于需要防止摩擦磨损以及冲击磨损的发动机零部件，例如轴类零件、W封严环以及低涡叶片缘板的配合面。当然，在蜂窝封严系统中，也存在着耐磨涂层，用来防止篦齿的齿尖发生磨损。还有一种耐磨涂层，多用于军用航空发动机的压气机叶片，用来面对恶劣环境下的抗冲蚀磨损。

耐磨涂层的材料种类也是多种多样的，轴类零件多采用620CNTs-D涂层，封严环以及缘板配合面采用CoMoCrSi涂层，篦齿采用Al2O3-SiO2涂层，而抗冲蚀多采用TiN涂层。工艺上，TiN涂层采用物理气相沉积(PVD)工艺，其他耐磨涂层多采用等离子或者超音速喷涂工艺。当然，对于CoMoCrSi涂层现阶段多采用堆焊工艺

z“耐热”的涂层——热障涂层
热障涂层(Thermal Barrier Coating)大概是近十年来研究z火热的航发涂层种类了，应用于航空发动机的热端零部件，主要面向燃烧室以及高压涡轮。其作用就是降低零件表面温度，从而使零件维持高温下应有的力学性能。热障涂层由粘结层和面层构成，粘结层的作用主要是防止零件基体氧化和腐蚀，而面层的主要作用在于提供隔热效果。因此，在低压涡轮叶片上，粘结层也可以单独使用，从而只提供抗氧化腐蚀性能。

粘结层有热喷涂类的MCrAlX以及扩散类的NiAl/NiPtAl类型，而面层现如今依旧多采用8YSZ(8%Y2O3 stabilised ZrO2)材料，工艺针对不同零件分为等离子喷涂和电子束物理气相沉积。

随着陶瓷复合材料(CMC)在航空发动机中得到越来越多的应用，环境障涂层(Environmental Barrier Coating，EBC)将会取代一部分热障涂层，成为另一种在热端部件使用的高端涂层技术。





内燃机DLC涂层超低摩擦技术

提高热效率是内燃机发展的核心目标之一，除燃烧系统优化、附件电动化、空气系统优化、余热回收等技术外，降低内燃机摩擦损失也是提高内燃机热效率的有效途径。类金刚石（Diamond-like carbon，DLC）是一种具有优异耐磨性和极低摩擦系数的材料，能降低内燃机摩擦损失，提高热效率。目前，日产、康明斯等国际知名公司已对DLC涂层在内燃机上的应用开展了大量研究，并将其作为改善内燃机热效率的重要前瞻技术，因此，本文将介绍DLC性能以及DLC涂层在改善内燃机热效率方面的效果。

DLC基本介绍
类金刚石薄膜是一类主要由碳原子组成的亚稳态非晶材料，其部分碳原子以类似金刚石的结构排列，而部分碳原子则以石墨的结构排列。DLC具有优异的耐磨性、低摩擦系数（一般低于0.2），其摩擦系数随制备工艺的不同以及膜中的成分的不同而变化，如下表所示。DLC薄膜可分为七类，分别为非晶碳（a-C）、四面体非晶碳（ta-C）、金属掺杂非晶碳（a-C: Me）、含氢非晶碳（a-C:H）、四面体形含氢非晶碳（ta-C:H）、金属掺杂含氢非晶碳（a-C:H: Me）、改性非晶碳（a-C:H:X）。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数，加入H能提高润滑作用。传统的硬质膜的摩擦系数一般在0.4以上，DLC膜在摩擦系数方面具有较大的优势。

DLC涂层对气门机构的影响
采用下图所示的试验台，测量不同涂层气门挺柱的摩擦扭矩。试验结果表明，带DLC涂层的气门机构可在不同发动机转速下明显降低摩擦扭矩，从而降低摩擦损失。相对于无涂层挺柱的气门机构，采用DLC（ta-C）涂层技术可使摩擦扭矩降低45%左右。

DLC涂层对活塞环摩擦性能的影响
采用下图所示的活塞环摩擦力性能测试平台，对比了镀铬和DLC涂层技术对气环和油环摩擦性能的影响。试验结果表明，相比镀铬的气环和油环，采用DLC涂层技术可降低气环和油环的摩擦力。对于DLC涂层的气环而言， 在0 deg 附近改善摩擦的效果较为明显；对于DLC涂层的油环，在180 deg−360 deg和-360 deg—180 deg的范围内改善摩擦的效果较为明显。

DLC涂层对活塞性能的影响
由于DLC涂层可以有效降低磨损，延长摩擦副使用寿命，因此，可将缸套与气缸制成一体，完全采用DLC涂层铝基底材料，替换原来的铸铁缸套，使重量降低达5%左右；对活塞和缸套进行DLC膜涂层，可使摩擦系数降低20%，同时改善传热性能，z终使发动机油耗改善2%-3%左右。