CN109055883A - 铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法和应用 - Google Patents

铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法和应用，属于材料表面处理技术领域。一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，包括：对机匣进行除尘除油处理，然后对非喷涂区域进行保护，对待喷涂区域进行表面打砂粗化处理，将机匣放入夹具并固定在转台上，对待喷涂区域喷涂NiCrAlY涂层。在喷涂过程中，当待喷涂区域的温度超过150℃时停止喷涂，待温度降至100℃以下再继续喷涂，如此重复，直至厚度满足要求。该方法保证了喷涂过程的温度控制，有效控制了机匣的变形程度。经本发明制备的涂层机匣组装在航空发动机上达到稳定运行的指标，因此应用前景广阔。

Description

铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法 和应用
技术领域
本发明涉及材料表面处理技术领域，且特别涉及一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法和应用。
背景技术
发动机的功率、推力和效率与发动机中旋转部件与固定部件间的密封性有直接关系。机匣是发动机中的重要固定部件，机匣壳体内部根据需要通常要制备有耐磨、抗冲蚀、抗氧化及密封等性能的防护涂层。机匣类零件通常具有壁厚薄、刚性差等特点，在热喷涂制备涂层过程中易产生变形和残余应力。特别是对于热膨胀***大、内壁有凸台、且仅凸台以下局部区域需要制备防护涂层的铝合金机匣，涂层制备难度更大，涂层合格率低，尚无成熟工艺可借鉴和参考。此外，防护涂层通常需进行机械加工至与旋转部件匹配的适宜尺寸和表面粗糙度，故涂层在厚度上必须保证一定的加工余量。而涂层位置加工通常存在很高风险，如加工过程中出现涂层局部脱落、局部疏松，从而需要将涂层完全去除，再重新进行喷涂涂层并再加工。为了确保涂层被完全去除，难免会去除掉少部分基体。因此，再喷涂涂层时则要求涂层在厚度上会有所增加。随着涂层厚度的增加，其内部残余应力更易集中，制备合格涂层的难度无形中被提升。基于上述原因，亟需对于内壁有凸台、且仅凸台以下局部区域需要制备涂层的机匣内壁开发满足后续加工和使用要求的防护涂层及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，该方法成品率高、成本低、对环境友好。
本发明的另一目的在于提供上述铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法在制造航空发动机中的应用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法，包括：对机匣进行除尘除油处理，然后对非喷涂区域进行保护，对待喷涂区域进行表面打砂粗化处理，将机匣放入夹具并固定在转台上，对待喷涂区域喷涂NiCrAlY涂层。
在喷涂过程中，当待喷涂区域的温度超过150℃时停止喷涂，待温度降至100℃以下再继续喷涂，如此重复，直至厚度满足要求。
本发明提出了上述铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法在制造航空发动机中的应用。
本发明的有益效果包括：
本发明很好的保证了喷涂过程的温度控制，有效控制了机匣的变形程度，通过调整打砂工艺参数和喷涂参数保证了凸台与待喷涂区域间过渡位置的涂层质量，涂层加工成品率高，满足运转要求。喷涂得到的涂层能起到封严作用，并具有较好的抗氧化性能，涂层性能指标满足机匣服役工况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明铝合金机匣内壁剖面结构示意图；
图2为本发明铝合金机匣内壁涂层区域；
图3为本发明实施例1提供的涂层的微观结构；
图4为本发明实施例2提供的涂层的微观结构；
图5为本发明实施例3提供的涂层的微观结构；
图6为本发明实施例4提供的涂层的微观结构；
图7为本发明实施例5提供的涂层的微观结构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法和应用进行具体说明。
本发明实施例提供了一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，包括：对机匣进行除尘除油处理，然后对非喷涂区域进行保护，对待喷涂区域进行表面打砂粗化处理，将机匣放入夹具并固定在转台上，对待喷涂区域喷涂NiCrAlY涂层。
具体的，对机匣表面进行除尘、除油处理。本发明的除尘除油处理为本技术领域的通用技术，本发明对其不做限定。
用专用耐高温胶带和专用金属保护工装对机匣非喷涂区域进行保护，避免非喷涂区域被喷上涂层。
对待喷涂区域进行表面打砂粗化处理。其中，打砂压力 0.2MPa～0.4MPa，打砂距离100～150mm，打砂角度35°～60°。进一步地，在本发明较优的实施例中，打砂压力0.3MPa～0.35MPa，打砂距离120～130mm，打砂角度45°～50°。打砂处理后用压缩空气吹掉可能残留的砂粒或粉尘。打砂处理后待喷涂区域的表面粗糙度Ra>3μm。
本发明打砂粗化处理的砂粒材料包括白刚玉、棕刚玉以及锆刚玉中的至少一种。优选地，砂粒材料的粒度为24#～46#，其中，砂粒材料的粒度可以为30#、35#、40#、45#。
将经打砂的机匣放入夹具并固定在转台上，进行喷涂。本发明采用的喷涂粉末为NiCrAlY粉末，粒度为-105+53μm。喷涂的工艺参数为：电流600～640A，电压80～84V，氩气63～67L/min，氢气12～16L/min，送粉量35～45g/min，喷距135～145mm，载气2.0～7.0L/min，喷涂角度45°～55°，转台转速为270～350rpm。优选地，电流可以为610A、620A、630A、640A，电压可以为81V、82V、83V，氩气可以为64L/min、 65L/min、66L/min，氢气可以为14L/min、15L/min，送粉量可以为 38g/min、40g/min、42g/min，喷距可以为138mm、142mm、144mm，载气可以为3.0L/min、4.0L/min、5.0L/min、6.0L/min，喷涂角度可以为50°，转台转速可以为280rpm、290rpm、300rpm、310rpm、330rpm。
为保证涂层质量，喷涂过程中进行温度控制。喷涂过程中采用风冷，对待喷涂内孔和外壁进行冷却使基体温度不超过200℃。喷枪从原始位置移至喷涂起始位置的过程中，确保喷涂不到待喷涂区域。当待喷涂区域的温度超过150℃时停止喷涂，待温度降至100℃以下再继续喷涂，如此重复，直至厚度满足要求。
该方法保证了喷涂过程的温度控制，有效控制了机匣的变形程度，通过调整打砂工艺参数和喷涂参数保证了凸台与待喷涂区域间过渡位置的涂层质量，涂层加工成品率高，满足运转要求。喷涂得到的涂层能起到封严作用，并具有较好的抗氧化性能，涂层性能指标满足机匣服役工况，可用于制造航空发动机领域。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法，包括：
步骤1：对机匣表面进行除尘、除油处理。
步骤2：用专用金属保护工装对机匣非喷涂部位进行保护，并测量待喷涂区域原始内径。
步骤3：用24#锆刚玉对待喷涂区域进行打砂，打砂压力0.35MPa，打砂距离130mm，打砂角度40°，打砂完成后用压缩空气吹掉可能残留的砂粒或粉尘。
步骤4：将经打砂的机匣放入夹具并水平固定在转台上。安装、调整并固定冷却风管位置，使用2根风管，一根用于冷却机匣内壁待喷涂区域，另一根用于冷却机匣外壁。
步骤5：对待喷涂区域进行等离子喷涂NiCrAlY涂层，具体参数为：电流630A，电压82V，氩气65L/min，氢气14L/min，送粉量 40g/min，喷距140mm，载气3.5L/min，喷涂角度50°，转台转速为 300rpm，喷涂至涂层厚度满足要求。
实施例2
本实施例提供了一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法，包括：
步骤1：对机匣表面进行除尘、除油处理。
步骤2：用专用金属保护工装对机匣非喷涂部位进行保护，并测量待喷涂区域原始内径。
步骤3：用24#锆刚玉对待喷涂区域进行打砂，打砂压力0.20MPa，打砂距离100mm，打砂角度35°，打砂完成后用压缩空气吹掉可能残留的砂粒或粉尘。
步骤4：将经打砂的机匣放入夹具并水平固定在转台上。安装、调整并固定冷却风管位置，使用2根风管，一根用于冷却机匣内壁待喷涂区域，另一根用于冷却机匣外壁。
步骤5：对待喷涂区域进行等离子喷涂NiCrAlY涂层，具体参数为：电流640A，电压83V，氩气66L/min，氢气13L/min，送粉量 35g/min，喷距130mm，载气3.5L/min，喷涂角度50°，转台转速为 290rpm，喷涂至涂层厚度满足要求。
实施例3
本实施例提供了一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法，包括：
步骤1：对机匣表面进行除尘、除油处理。
步骤2：用专用金属保护工装对机匣非喷涂部位进行保护，并测量待喷涂区域原始内径。
步骤3：用24#锆刚玉对待喷涂区域进行打砂，打砂压力0.30MPa，打砂距离150mm，打砂角度60°，打砂完成后用压缩空气吹掉可能残留的砂粒或粉尘。
步骤4：将经打砂的机匣放入夹具并水平固定在转台上。安装、调整并固定冷却风管位置，使用2根风管，一根用于冷却机匣内壁待喷涂区域，另一根用于冷却机匣外壁。
步骤5：对待喷涂区域进行等离子喷涂NiCrAlY涂层，具体参数为：电流600A，电压84V，氩气63L/min，氢气15L/min，送粉量 45g/min，喷距145mm，载气5.0L/min，喷涂角度55°，转台转速为 320rpm，喷涂至涂层厚度满足要求。
实施例4
本实施例提供了一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法，包括：
步骤1：对机匣表面进行除尘、除油处理。
步骤2：用专用金属保护工装对机匣非喷涂部位进行保护，并测量待喷涂区域原始内径。
步骤3：用24#锆刚玉对待喷涂区域进行打砂，打砂压力0.40MPa，打砂距离120mm，打砂角度50°，打砂完成后用压缩空气吹掉可能残留的砂粒或粉尘。
步骤4：将经打砂的机匣放入夹具并水平固定在转台上。安装、调整并固定冷却风管位置，使用2根风管，一根用于冷却机匣内壁待喷涂区域，另一根用于冷却机匣外壁。
步骤5：对待喷涂区域进行等离子喷涂NiCrAlY涂层，具体参数为：电流620A，电压82V，氩气64L/min，氢气16L/min，送粉量 40g/min，喷距135mm，载气6.0L/min，喷涂角度53°，转台转速为 350rpm，喷涂至涂层厚度满足要求。
实施例5
本实施例提供了一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂 NiCrAlY涂层的方法，包括：
步骤1：对机匣表面进行除尘、除油处理。
步骤2：用专用金属保护工装对机匣非喷涂部位进行保护，并测量待喷涂区域原始内径。
步骤3：用24#锆刚玉对待喷涂区域进行打砂，打砂压力0.40MPa，打砂距离120mm，打砂角度55°，打砂完成后用压缩空气吹掉可能残留的砂粒或粉尘。
步骤4：将经打砂的机匣放入夹具并水平固定在转台上。安装、调整并固定冷却风管位置，使用2根风管，一根用于冷却机匣内壁待喷涂区域，另一根用于冷却机匣外壁。
步骤5：对待喷涂区域进行等离子喷涂NiCrAlY涂层，具体参数为：电流630A，电压83V，氩气67L/min，氢气12L/min，送粉量 42g/min，喷距143mm，载气2.0L/min，喷涂角度55°，转台转速为 270rpm，喷涂至涂层厚度满足要求。
对实施例1～5提供的涂层进行微观结构观察，结果请参照图3～7。 由微观结构图可知，采用本发明提供的方法得到的机匣涂层，性能满 足使用要求。将本发明喷涂后的机匣组装在航空发动机上进行实验， 达到稳定运转时长指标。说明采用本发明提供的方法喷涂得到的机匣 能够满足航空发动机稳定运转的要求。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，包括：对机匣进行除尘除油处理，然后对非喷涂区域进行保护，对待喷涂区域进行表面打砂粗化处理，将所述机匣放入夹具并固定在转台上，对所述待喷涂区域喷涂NiCrAlY涂层；
在喷涂过程中，当所述待喷涂区域的温度超过150℃时停止喷涂，待温度降至100℃以下再继续喷涂，如此重复，直至厚度满足要求。
2.根据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，所述打砂粗化处理的工艺包括：打砂压力0.2MPa～0.4MPa，打砂距离100～150mm，打砂角度35°～60°。
3.根据权利要求2所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，所述打砂压力0.3MPa～0.35MPa，所述打砂距离120～130mm，所述打砂角度45°～50°。
4.据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，所述打砂粗化处理的砂粒材料包括白刚玉、棕刚玉以及锆刚玉中的至少一种，优选地，所述砂粒材料的粒度为24#～46#。
5.根据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，打砂处理后所述待喷涂区域的表面粗糙度Ra>3μm。
6.根据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，喷涂涂层的粉末为NiCrAlY粉末，粒度为-105+53μm。
7.根据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，所述喷涂NiCrAlY涂层的工艺包括：电流600～640A，电压80～84V，氩气63～67L/min，氢气12～16L/min，送粉量35～45g/min，喷距135～145mm，载气2.0～7.0L/min，喷涂角度45°～55°，转台转速为270～350rpm。
8.根据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，喷涂过程中采用风冷，对待喷涂内孔和外壁进行冷却使基体温度不超过200℃。
9.根据权利要求1所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法，其特征在于，喷枪从原始位置移至喷涂起始位置的过程中，确保喷涂不到待喷涂区域。
10.如权利要求1至9任一项所述的铝合金机匣带凸台内壁局部等离子喷涂NiCrAlY涂层的方法在制造航空发动机中的应用。
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