Page 28 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术

强化相结构在高温下能够有效阻碍位错运动，维持材料的力学性能，防止喷管在
高温作用下发生变形或损坏。为了进一步提高尾喷管的耐高温和耐冲刷能力，还
会在高温合金表面采用特殊的涂层技术。如陶瓷涂层，它不仅可以增强材料的抗

氧化性能，减少高温燃气对合金基体的侵蚀，还能提高表面的硬度和耐磨性，有
效抵御高速气流中固体颗粒的冲刷，降低尾喷管的烧蚀速率，延长其使用寿命。
此外，先进的制造工艺也被应用于尾喷管高温合金部件的生产。例如，通过精密
铸造或增材制造技术，能够制造出具有复杂内部结构和精确外形尺寸的尾喷管，

满足其在空气动力学和热性能方面的严格要求，确保燃气能够高效、稳定地排出，
从而为航天发动机提供可靠的推力，保障航天器在飞行过程中的动力需求和姿态
控制，使航天任务得以顺利实施。
（三）高温合金在航天发动机应用中面临的挑战

1. 高温强度的限制
随着航天发动机性能的不断提升，对高温合金高温强度的要求愈发严苛。在
发动机运行过程中，燃烧室和涡轮等部件的工作温度持续升高，传统高温合金在
更高温度下，其内部的强化相如 γ′ 相和 γ′′ 相可能发生粗化、溶解等变化，导

致位错运动阻力减小，合金强度显著下降。这使得发动机在追求更高推重比和热
效率时，现有高温合金难以满足需求。例如，新一代高性能航天发动机的研发目
标使工作温度远超传统高温合金的极限使用温度，高温强度不足可能引发部件变
形甚至断裂，严重影响发动机的可靠性和使用寿命，进而限制了航天发动机技术

的进一步发展，因此提高高温合金的高温强度成为亟待解决的关键问题之一。
2. 抗氧化和腐蚀性能不足
航天发动机燃气中富含氧气、水蒸气、硫、氯等氧化性和腐蚀性物质，这对
高温合金的抗氧化和抗腐蚀性能构成了严峻挑战。在长时间高温环境下，高温合

金表面的氧化膜会逐渐增厚，当膜厚达到一定程度时，由于热膨胀系数的差异，
可能会发生剥落、破裂，使得新鲜的合金基体暴露于燃气中，加速氧化和腐蚀进
程。特别是在发动机启动和停止阶段，温度与气氛的急剧变化会产生热应力，进
一步破坏氧化膜的完整性，加剧氧化和腐蚀程度。抗氧化和腐蚀性能不足会导致

合金的力学性能劣化，如强度降低、韧性变差，缩短部件的使用寿命，增加发动
机故障的风险，严重威胁航天发动机的安全稳定运行，所以改善高温合金的抗氧
化和腐蚀性能迫在眉睫。

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