防腐蚀超厚涂层在飞机发动机上的应用

多年来，典型的PVD涂层都是非常薄的超硬耐磨膜层，多数应用在刀具上，如钻头、铣刀、铰刀、刀片和滚刀等，也应用在各种模具上。这种应用的典型膜层厚度在1~5μm左右，当然也有特殊应用的膜层厚度接近10μm左右。然而，在汽车制造业和航空航天领域上的特殊应用膜层已经远远超过5μm。试验已经证明在这些领域里的特殊应用膜层越厚，耐磨性能和抗腐蚀性能更好。目前，有这种需要的超厚膜层可达到10~50μm左右，有些膜层甚至更厚。

目前，80%的PVD超硬膜层都是通过电弧蒸发技术沉积形成的。通过电弧蒸发形成的涂层有很多卓越的优点，如性价比高、质量非常好；从材料和能源成本考虑，这种技术是投资最低、最有竞争力的涂层。另外，由于在真空状态下电弧蒸发而形成的高度离子化，这种技术还可以获结合力最好和最致密的膜层。

在过去的10年里，Al基超硬涂层占据着特别重要的位置。如今，大部涂层厂家均可提供各种铝含量的涂层。另外，Cr基涂层也越来越多地被应用。所有这些涂层都是复合涂层。特别是复合涂层可以大大减少膜层的内张力，以及降低膜层表面液滴尺寸。另外，这些膜层大部分都是纳米结构膜层，每个单层膜层只有20~50nm的厚度。

今天，这种结构的膜层已经成为最先进的保护飞机发动机部件的涂层，例如涡轮叶片的耐磨损和防腐蚀涂层。这种以Ti和TiN为基础的软硬交替的超厚膜层是第一代防腐蚀膜层，可以为涡轮叶片提高2~3倍的使用寿命。目前这些涂层被广泛应用在非常恶劣的环境中，例如在沙漠中的直升飞机发动机，但是也越来越多地应用在商用飞机发动机上。

在航空工业中的特殊耐磨和防腐蚀应用中，均需要超厚的PVD涂层。图中为是TiN涂层的飞机发动机叶片（整体集成叶片），膜层厚度为20μm。在沉积过程中，工艺温度是影响叶片疲劳寿命的最具决定性的参数之一。目前这种TiN结构的超厚涂层已经成为最先进的飞机发动机叶片涂层。随着涂层技术的发展，Al基加厚涂层已经成为第二代更优秀的发动机叶片涂层。

综上所述，在所有的PVD涂层工艺中，电弧沉积涂层技术已成为用于工业化生产的最经济耐磨、防腐蚀涂层。今天，世界上80%的PVD超硬涂层都是采用电弧沉积技术得到的，事实也证明了PVD超厚涂层是可以以最经济的方式达到10~50μm左右。