CN102560322A - 一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法 - Google Patents

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王璐
张佳平
郑渠英
刘艳
袁福河
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Abstract

本发明的目的在于提供一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层为三层涂层体系，其中底层为Ni3Al涂层，中间层为ZrO2·Y2O3隔热涂层，面层为CuAl/BN可磨耗封严涂层。采用等离子喷涂法制备，其工艺参数为：底层：工艺电流为500~520A，喷涂距离为120~140mm，喷涂功率为30~35kW；中间层：工艺电流为600~620A，喷涂距离为80~110mm，喷涂功率为42~46kW；面层：工艺电流为360~420A，喷涂距离为110~130mm，喷涂功率为20~25kW。该体系对钛合金热防护性能良好，涂层具有一定的抗冲刷性，可磨耗性良好，涂层摩撩系数低，可以用于钛合金机匣的防钛火涂层。

Description

一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法
技术领域
本发明属于热喷涂技术在可磨耗封严涂层领域中的应用。
背景技术
高推比航空发动机高压压气机机匣材料为钛合金材料，在发动机运行过程中钛合金压气机机匣会囚碰撞或摩擦起火，即出现所谓的“钛火”。为保证在使用过程中的安全可靠性，需要在钛合金部件表面沉积防钛火涂层。
根据发动机工作原理，在压气机机匣内壁的涂层首先应起到可磨耗封严的作用，保证转子叶片叶尖与机匣内环间的径向间隙，巡兔压气机效率的降低。因此该项目的防钛火涂层应该是兼具可磨耗封严和防钛火两种功能的涂层，防钛火涂层应具有良好的导热或者隔热效果以及良好的抗氧化性能和低的燃烧热值，可磨耗封严涂层应具有硬度适中、可刮削性好、以及相对低的摩擦系数等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，综合防钛火涂层和可磨耗封严涂层这两类涂层的性能需求，设计了三层涂层体系，该体系对钛合金热防护性能良好，涂层具有一定的抗冲刷性，可磨耗性良好，涂层摩撩系数低，可以用于钛合金机匣的防钛火涂层。
本发明具体提供了一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层为三层涂层体系，其中底层为Ni3Al涂层，中间层为ZrO2·Y2O3隔热涂层，面层为CuAl/BN可磨耗封严涂层。采用等离子喷涂法制备，其工艺参数为：
底层：工艺电流为500~520A，喷涂距离为120~140mm，喷涂功率为30~35kW；
中间层：工艺电流为600~620A，喷涂距离为80~110mm，喷涂功率为42~46kW； 
面层：工艺电流为360~420A，喷涂距离为110~130mm，喷涂功率为20~25kW。
Ni3Al金属间化合物喷涂粉末能够有效降低底层材料与钛合金基体的反应性，该底层与钛合金基体反应性低，综合性能优异。其中Ni3Al层喷涂粉末的成分为：Ni85~87Wt%、Al13~15Wt%，粒度分布见表1。
表1   Ni3Al粉末的粒度分布（Wt %）
+100目 -100目~+325目 -325目
≤5 ≥80 ≤15
CuAI/BN面层硬度适中，工作温度在650℃以下，是与钛合金叶片削合的最佳可磨耗封严涂层材料。其中CuAl/BN涂层喷涂粉末的成分为：Cu70~74Wt%、Al10~12Wt%、BN18~20Wt%，粒度分布见表2。
表2   CuAl/BN粉末的粒度分布（Wt%）
+80目 -80目~+325目 -325目
≤5 ≥65 ≤30
本发明提供的具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：三层涂层的厚度分别为：底层0.07~0.15mm，中间层0.10~0.20mm，面层0.8~1.2mm。
本发明提供的具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：零件喷涂前基体粗糙度Ra不小于3.8μm，层间喷涂时间间隔不大于1h，喷涂前基体预热温度不低于80℃。
采用本发明所述工艺制备的三层防钛火涂层体系，其涂层综合性能测试结果表明，该体系对钛合金热防护性能良好，涂层具有一定的抗冲刷性，可磨耗性良好，涂层摩撩系数低，可以用于钛合金机匣的防钛火涂层。
附图说明
图1   Ni3Al喷涂粉末形貌图；
图2   CuAl/BN喷涂粉末形貌图。
具体实施方式
实施例1
Ni3Al粉末粒度为-100目~+325目，粉体呈球形，CuAl/BN粉末粒度为-80目~+325目，粉体呈类球形；三层涂层体系厚度分别为Ni3Al底层0.07mm，中间隔热层Zr02·Y203涂层0.15mm，CuAl/BN面层1.0mm。
等离子喷涂工艺参数：
Ni3Al底层工艺为：电流500A，喷涂距离120mm，喷涂功率32kW；Zr02·Y203涂层工艺为：电流600A，喷涂距离100mm，喷涂功率45kW；CuAI/BN涂层工艺为：电流400A，喷涂距离110mm，喷涂功率20kW。
所得涂层拉伸结合强度6.5MPa，表面洛氏硬45HR15Y。
 
实施例2
Ni3Al粉末粒度为-100目~+325目，粉体呈球形，CuAl/BN粉末粒度为-80目~+325目，粉体呈类球形；三层涂层体系厚度分别为Ni3Al底层0.10mm，中间隔热层Zr02·Y203涂层0.12mm，CuAl/BN面层1.0mm。
等离子喷涂工艺参数：
Ni3Al底层工艺为：电流500A，喷涂距离140mm，喷涂功率34kW；Zr02·Y203涂层工艺为：电流600A，喷涂距离100mm，喷涂功率45kW；CuAI/BN涂层工艺为：电流360A，喷涂距离120mm，喷涂功率22kW。
所得涂层拉伸结合强度7MPa，表面洛氏硬50HR15Y。
 
实施例3
Ni3Al粉末粒度为-100目~+325目，粉体呈球形，CuAl/BN粉末粒度为-80目~+325目，粉体呈类球形；三层涂层体系厚度分别为Ni3Al底层0.10mm，中间隔热层Zr02·Y203涂层0.12mm，CuAl/BN面层1.2mm。
等离子喷涂工艺参数：
Ni3Al底层工艺为：电流500A，喷涂距离140mm，喷涂功率34kW；Zr02·Y203涂层工艺为：电流600A，喷涂距离100mm，喷涂功率45kW；CuAI/BN涂层工艺为：电流410A，喷涂距离130mm，喷涂功率25kW。
所得涂层拉伸结合强度7.8MPa，表面洛氏硬55HR15Y。

Claims (4)

1.一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层为三层涂层体系，其中底层为Ni3Al涂层，中间层为ZrO2·Y2O3隔热涂层，面层为CuAl/BN可磨耗封严涂层；采用等离子喷涂法制备，其工艺参数为：
底层：工艺电流为500~520A，喷涂距离为120~140mm，喷涂功率为30~35kW；
中间层：工艺电流为600~620A，喷涂距离为80~110mm，喷涂功率为42~46kW； 
面层：工艺电流为360~420A，喷涂距离为110~130mm，喷涂功率为20~25kW。
2.按照权利要求1所述具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：三层涂层的厚度分别为：底层0.07~0.15mm，中间层0.10~0.20mm，面层0.8~1.2mm。
3.按照权利要求1所述具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：Ni3Al粉末的粒度分布为重量百分比：+100目≤5%、-100目~+325目≥80%、-325目≤15%，CuAl/BN粉末的粒度分布为重量百分比：+80目≤5%、-80目~+325目≥65%、-325目≤30%。
4.按照权利要求1所述具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于：零件喷涂前基体粗糙度Ra不小于3.8μm，层间喷涂时间间隔不大于1h，喷涂前基体预热温度不低于80℃。
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