CN108203799B - 一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法 - Google Patents

一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本技术属于航空发动机压气机机匣内壁等部件的气路封严涂层技术，特别是涉及一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法。该方法包括如下步骤：(1)底层制备，采用大气等离子喷涂方法在高温合金基体表面制备NiAl底层；(2)可磨耗面层制备，采用大气等离子喷涂方法在NiAl底层上制备NiCrAl/BN面层，NiCrAl/BN面层的相组成为NiCrAl合金相及非金属相h‑BN，所制备的NiCrAl/BN面层呈典型的多孔多相结构。采用本发明获得的耐腐蚀封严涂层，具有良好的抗海洋环境腐蚀能力，在经受海洋环境腐蚀后其涂层硬度、结合强度等性能衰减量低，满足航空发动机气路封严的使用要求。

Description

一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法
技术领域
本技术属于航空发动机压气机机匣内壁等部件的气路封严涂层技术，特别是涉及一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法。
背景技术
目前，航空发动机从风扇、高压压气机到涡轮机匣表面都采用了不同的可磨耗封严涂层，封严涂层通过减小机匣与叶片尖端之间的间隙，来减少气流的径向损失以提高发动机的效率并降低油耗。但目前航空发动机用可磨耗封严涂层普遍存在抗腐蚀能力弱，腐蚀后涂层性能下降快，导致涂层失效引发飞行事故。因此，发展具有耐海洋环境腐蚀的可磨耗封严涂层是其应用发展的必然方向。目前可磨耗封严涂层的耐海洋腐蚀性能未列入涂层性能的考核指标，尚未出现具有抗海洋腐蚀能力的可磨耗封严涂层。所以，在保证涂层其他性能不变或提升的情况下，开发具有高耐蚀性的封严涂层，具有良好的应用前景和广阔的市场空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法，应用于航空发动机压气机机匣内壁，可以显著提升封严涂层的抗腐蚀性能，有效提高其寿命和可靠性。
本发明的技术方案是：
一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层，采用大气等离子喷涂NiAl底层和多孔多相NiCrAl/BN面层，双层组成的耐腐蚀可磨耗封严涂层，其中NiAl底层厚度为0.1mm～0.2mm，NiCrAl/BN面层厚度为2.0mm～2.5mm。
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，具体步骤如下：
(1)底层制备
采用大气等离子喷涂方法在高温合金基体表面制备NiAl底层；
(2)可磨耗面层制备
采用大气等离子喷涂方法在NiAl底层上制备NiCrAl/BN面层，NiCrAl/BN面层的相组成为NiCrAl合金相及非金属相h-BN，所制备的NiCrAl/BN面层呈典型的多孔多相结构。
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，面层制备过程包括除油、吹砂前保护、零件吹砂、等离子喷涂、清理，具体过程如下：
(1)喷涂涂层前，对零件进行除油处理，采用丙酮或者汽油擦洗；
(2)进行吹砂前保护，采用工装或保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
(3)进行零件喷砂处理，活化和粗化零部件表面，采用40目～80目白刚玉砂，吹砂压力为0.1MPa～0.3MPa；
(4)进行大气等离子喷涂，大气等离子喷涂参数为：电流300A～500A，氩气流量为50L/min～100L/min，氢气流量为3L/min～8L/min，送粉速率为30g～50g，喷涂距离为90mm～130mm，喷涂角度为75°～90°；
(5)喷涂结束后，去除保护胶带或者拆除保护夹具。
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，大气等离子喷涂NiAl底层所用NiAl合金粉末粒度在50μm～80μm之间。
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，按重量百分比计，NiAl底层中，Ni 90％～95％，Al 5～10％。
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，大气等离子喷涂NiCrAl/BN面层所用NiCrAl合金及非金属BN的粉末粒度在40μm～90μm之间；该粉末为核壳结构，内部为BN，外部均匀包覆NiCrAl合金；该粉末经大气等离子喷涂后，形成金属、相非金属相以及孔隙结构。
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，按重量百分比计，NiCrAl/BN面层中，Ni 56～60，Cr 12～15，Al 1.0～2.5，BN余量。
本发明的优点及有益效果是：
1、航空发动机在沿海区域存放及工作时封严涂层易发生腐蚀，影响飞机服役寿命和使用安全。本发明针对目前航空发动机用可磨耗封严涂层服役性能的改进，在原有喷涂工艺的基础上，采用包覆型喷涂粉末制备可磨耗封严涂层，可以显著提升涂层的耐盐雾、耐湿热、耐霉菌性能，提升涂层综合使役性能，扩大涂层服役范围。
2、与现有技术相比，本发明采用大气等离子喷涂NiAl底层，具有良好的粘接性，与NiCrAl/BN面层结合良好；NiCrAl/BN面层结合强度大于5MPa，硬度为50～70HR15Y范围内，孔隙含量约为20％，具有良好的抗冲蚀能力，满足封严涂层服役要求，同时具备良好的抗腐蚀能力，盐雾腐蚀960h，结合强度下降仅为0.3％。
附图说明
图1为封严涂层体系显微组织形貌(50倍)。
图2为NiCrAl/BN面层显微组织形貌(200倍)。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层及其制备方法，采用等离子喷涂工艺制备NiAl粘接层(底层)和多孔多相NiCrAl/BN面层双层组成的耐腐蚀封严涂层，NiAl底层采用大气等离子喷涂方法制备，NiCrAl/BN面层采用大气等离子喷涂方法制备。等离子喷涂工艺是最具代表性的热喷涂工艺，等离子弧温度高、速度高，具有喷涂效率高，涂层结合强度高等优点。热喷涂涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起而形成的层状组织结构。在喷涂过程中，粉末颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失，就会形成部分孔隙或空洞。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
步骤1：对零部件表面进行除油处理，采用丙酮或汽油擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
步骤2：采用压敏胶带对非喷涂区域进行吹砂前保护；
步骤3：对零件进行表面粗化处理，采用压入式吹砂机，40目白刚玉砂对待喷涂区域进行处理，气体压力为0.2MPa；
步骤4：对零件需喷涂区域进行大气等离子喷涂NiAl合金底层，采用的NiAl合金粉末粒度范围在50μm～80μm之间，具体喷涂工艺参数为：电流700A，氩气流量55L/min，氢气流量5.5L/min，送粉率为20g/min，喷涂距离130mm，喷涂角度90°；按重量百分比计，NiAl合金底层的化学成分为：Ni 95％，Al 5％；
步骤5：对零件需喷涂区域进行大气等离子喷涂NiCrAl/BN面层，大气等离子喷涂NiCrAl/BN面层所用NiCrAl合金及非金属BN的粉末粒度在40μm～90μm之间；该粉末为核壳结构，内部为BN，外部均匀包覆NiCrAl合金；该粉末经大气等离子喷涂后，形成金属、相非金属相以及孔隙结构，具体工艺参数为：氢气流量2L/min，氩气流量40L/min，送粉速率38g/min，喷涂距离110mm，喷涂角度90°；按重量百分比计，NiCrAl/BN面层的化学成分为：Ni 58，Cr 12，Al 2.0，BN余量。
步骤6：喷涂结束后，去除非喷涂区域的保护胶带，清理零件表面的污染物。
步骤7：对涂层进行性能检测，涂层表面洛氏硬度为57HR15Y，涂层结合强度值为5.77MPa。
如图1所示，从封严涂层体系显微组织形貌可以看出，采用本发明的技术，即采用等离子喷涂NiAl粘接层和多孔多相NiCrAl/BN面层双层组成的耐腐蚀封严涂层，其中NiAl底层采用大气等离子喷涂方法制备，NiAl底层厚度为0.1mm～0.2mm，NiCrAl/BN面层采用大气等离子喷涂工艺方法制备，NiCrAl/BN面层厚度为2.0mm～2.5mm。该涂层具有良好的抗海洋环境腐蚀能力，在经受海洋环境腐蚀后其涂层硬度、结合强度等性能衰减量低，满足航空发动机气路封严的使用要求。
如图2所示，从NiCrAl/BN面层显微组织形貌可以看出，NiCrAl/BN面层包含NiCrAl金属相、孔洞和BN非金属相，呈多孔多相结构。
实施例结果表明，本发明可以推广应用于其他透平机械作为气路封严，保障设备使用寿命、扩大机械应用领域、提升设备可靠性，具有广阔的市场前景。涂覆该涂层后，材料的抗腐蚀能显著提高，有效提高了其寿命和可靠性。该技术也可推广到其他相关领域，具有较高的经济效益。

Claims (1)

1.一种耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，采用大气等离子喷涂NiAl底层和多孔多相NiCrAl/BN面层，双层组成的耐腐蚀可磨耗封严涂层，其中NiAl底层厚度为0.1 mm～0.2mm，NiCrAl/BN面层厚度为2.0 mm～2.5mm；
所述的耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法，具体步骤如下：
（1）底层制备
采用大气等离子喷涂方法在高温合金基体表面制备NiAl底层；
（2）可磨耗面层制备
采用大气等离子喷涂方法在NiAl底层上制备NiCrAl/BN面层，NiCrAl/BN面层的相组成为NiCrAl合金相及非金属相h-BN，所制备的NiCrAl/BN面层呈典型的多孔多相结构；
面层制备过程包括除油、吹砂前保护、零件吹砂、等离子喷涂、清理，具体过程如下：
（1）喷涂涂层前，对零件进行除油处理，采用丙酮或者汽油擦洗；
（2）进行吹砂前保护，采用工装或保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
（3）进行零件喷砂处理，活化和粗化零部件表面，采用40目～80目白刚玉砂，吹砂压力为0.1MPa～0.3 MPa；
（4）进行大气等离子喷涂，大气等离子喷涂参数为：电流300A～500A，氩气流量为50L/min～100L/min，氢气流量为3L/min～8L/min，送粉速率为30 g/min～50 g/min，喷涂距离为90mm～130mm，喷涂角度为75°～90°；
（5）喷涂结束后，去除保护胶带或者拆除保护夹具；
大气等离子喷涂NiAl底层所用NiAl合金粉末粒度在50μm～80μm之间；
按重量百分比计，NiAl底层中，Ni 90%～95%，Al 5～10%；
大气等离子喷涂NiCrAl/BN面层所用NiCrAl合金及非金属BN的粉末粒度在40μm～90μm之间；该粉末为核壳结构，内部为BN，外部均匀包覆NiCrAl合金；该粉末经大气等离子喷涂后，形成金属相、非金属相以及孔隙结构；
按重量百分比计，NiCrAl/BN面层中，Ni 56～60，Cr 12～15，Al 1.0～2.5，BN余量。
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