專利名稱：一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金防護涂層制備技術(shù)，特別提供了一種等離子噴涂制備封嚴涂層的 方法。
背景技術(shù)：
在發(fā)動機相關(guān)技術(shù)中，為減少發(fā)動機級間泄露，提高航空發(fā)動機的工作效率，轉(zhuǎn)子 和外環(huán)塊之間通常采用封嚴涂層進行封嚴。以某型大修機低壓壓氣機I IV級機匣及高壓壓氣機I VI級機匣等零件為例。 涂層要求起中低溫封嚴作用，設(shè)計點溫度為400°C左右，受氣動沖刷及葉片刮削機匣振動應 力，工作介質(zhì)為空氣?，F(xiàn)有技術(shù)中無合適的技術(shù)解決相關(guān)問題，人們渴望獲得滿足使用要求的技術(shù)效果 更好的相關(guān)涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法。本發(fā)明可以用于以噴涂某型大修機低壓壓氣機I IV級機匣及高壓壓氣機I VI級機匣等為例的這類零件。涂層起中低溫封嚴作用，設(shè)計點溫度為400°C左右，受氣動沖 刷及葉片刮削機匣振動應力，工作介質(zhì)為空氣。本發(fā)明提供了一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于使用A1/BN及 MAlW合金粉末作為原料，采用等離子噴涂方式制備涂層；具體要求如下所述A1/BN合金粉末用作面層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下BN:18.0 25. 0%, SiO2 4. 8. 0%，Al 余量；所述NiAlW合金粉末作為底層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下Al 20. 0 24. 0%，Cr 1. 5 4. 0 %，W 彡 2. 0 %，Co :0· 2 1. 2 %，Mo :0· 2 1. 2%, Ti 0. 2 1. 0%，Ni 余量。所述用作用作面層材料的A1/BN合金粉末的成分與質(zhì)量百分比含量優(yōu)選如下 BN 18. 0 23. 0%, SiO2 4. 0 8. 0%，Al 余量。本發(fā)明所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于所述以NiAlW合金粉 末為原料的底層材料的厚度為0. 04 0. 5mm ；所述以A1/BN合金粉末為原料的面層材料的 厚度為1. 0 4. 0mm。本發(fā)明中，所述等離子噴涂制備封嚴涂層還滿足下述要求噴涂氣體使用氬氣或氮氣；制備底層時噴涂電流為480A 520A，氬氣或氮氣流量要求80ft3/h 120ft3/h， 氫氣流量為8ft3/h 15ft3/h，噴涂距離要求130 士 20mm，送粉速率為40g/min 45g/min ；制備面層時噴涂電流為380A 420A，氬氣或氮氣流量要求70ft3/h 120ft3/h， 氫氣流量為5ft3/h 15ft3/h，噴涂距離要求120 士 20mm，送粉速率為40g/min 50g/min。
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本發(fā)明所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法中還有如下的優(yōu)選要求所述等離子噴涂制備封嚴涂層使用的NiAlW合金粉末粒度要求如下+160 μ m :0， +56μπι ^ 5%, +45μπι ^ 40%, -45μπι ^ 55% ；所述等離子噴涂制備封嚴涂層使用的Α1/ΒΝ合金粉末粒度要求如下+315μπι: 彡 10%, -315 +50μ 彡 82%，-50μπι 彡 8%?？傮w而言，本發(fā)明相關(guān)的涂層質(zhì)量要求為1)使用洛布維試驗機，用Φ5鋼球在62. 5kgf的載荷下測量涂層硬度，壓痕直徑為 Φ 3. 15mm 2. 24mm時，硬度合格。2)涂層中的BN、SiO2按實測。本發(fā)明可以應用于發(fā)動機及相關(guān)技術(shù)中，面層與底層粉末主要用于低壓壓氣機 I IV級機匣及高壓壓氣機I VI級機匣噴涂密封涂層的制備，其目的是減少發(fā)動機級間 泄露量。該涂層是一種封嚴涂層，具有良好的可刮削性能與粘結(jié)性能，是一種優(yōu)異的新型中 低溫封嚴涂層，尤其是復合型A1/BN封嚴涂層材料的應用，是某型發(fā)動機大修不可替代的 材料。本發(fā)明的優(yōu)點填補了技術(shù)空白，具有明顯較好的技術(shù)效果。


下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1 NiAlW粉末涂層金相組織X 200 ；圖2 NiAlff粉末涂層X射線衍射圖；圖3 A1/BN涂層(G7批)金相組織X 100 ；圖4 A1/BN涂層(G10批)金相組織X 100 ；圖5 A1/BN涂層(G7批)的X射線衍射圖；圖6 G7 批 450°C /25h 的金相組織 X 100 ；圖7 G7 批 450°C /50h 的金相組織 X 100 ；圖8 G7 批 450°C /IOOh 的金相組織 X 100。
具體實施例方式實施例11、NiAlW粉末質(zhì)量要求NiAlff粉末化學成分與粒度應符合表1、表2規(guī)定。表1化學成分% 表2粒度組成％
2、A1/BN粉末質(zhì)量要求A1/BN粉末化學成分與粒度應符合表3、表4規(guī)定。表3化學成分％ 表4粒度組成％ 3、涂層質(zhì)量要求1)按修理指導要求，用洛布維試驗機，用Φ 5鋼球在62. 5kgf的載荷下測量涂層硬 度，壓痕直徑為Φ3. 15mm 2. 24mm時，硬度合格。2)按修理指導要求，涂層中的BN、SiO2實測。4、零件類型及工況條件主要用于噴涂某型大修機低壓壓氣機I IV級機匣及高 壓壓氣機I VI級機匣等18個零件。涂層起中低溫封嚴作用，設(shè)計點溫度為400°C左右， 受氣動沖刷及葉片刮削機匣振動應力，工作介質(zhì)為空氣。5、試驗用料及設(shè)備試驗用料試驗主要材料選用北京礦冶總院研制的MA1W、A1/BN粉末；涂層熱震、 結(jié)合強度及硬度試驗試片材料選用GH4708板材；摩擦磨損試驗試片材料選用GH4708板材 (盤)、GH150(銷)和BTlSy (銷)；拉伸試樣粘結(jié)膠選用FM-1000 (美國)。試驗設(shè)備如下等離子噴涂設(shè)備METC0_7M ；送粉器METC0_4MP ；電感耦合等離子 體發(fā)射光譜儀(ICP)法國，JY70PLUS ；電子拉力試驗機日本島津，AG-250KNE ；金相顯微 鏡XJG-05 ；X-射線衍射儀；布洛維硬度機；Π M T-3型顯微硬度機。表5 NiAlW粉末化學成分％ 6、試驗結(jié)果與討論分析粉末質(zhì)量評估=NiAlW底層粉末的化學成分測試結(jié)果見表5，粒度測試見表6 ;A1/ BN面層粉末的化學成分測試結(jié)果見表7，粒度測試見表8。表6 NiAlff粉末粒度 由表5、表6結(jié)果可以看出，NiAlW粉末的化學成分及粒度均符合技術(shù)標準的要求。由表7及表8結(jié)果可以看出，A1/BN粉末的化學成分及粒度均符合技術(shù)標準的要 求。表7 A1/BN粉末化學成分％ 表8 A1/BN粉末粒度 7、工藝試驗對比送粉速率對比試驗利用Metco-4MP送粉器分別對NiAlW粉末及A1/BN粉末進行送粉速率對比試驗， 結(jié)果見表9、表10。表9 NiAlW粉末送粉速率 表10 A1/BN粉末送粉速率 4. 2. 2沉積效率對比試驗分別對NiAlW粉末及A1/BN粉末進行了沉積效率對比試驗，結(jié)果見表11、表12。表11 NiAlW粉末的沉積效率 表12 A1/BN粉末的沉積效率 8、涂層的性能分析NiAlW底層粉末涂層的性能選用NiAlW底層粉末，按現(xiàn)有的噴涂工藝說明書規(guī)定的等離子噴涂工藝參數(shù)(見表13)制備涂層，結(jié)果見表14。涂層的金相組織照片見圖1、X射線衍射圖對比見圖2。表13等離子噴涂工藝參數(shù) 表14涂層性能 通過以上可以看出(1)粉末涂層的顯微硬度符合要求。(2)粉末涂層的結(jié)合強度大于相類似的自粘結(jié)性鎳鋁涂層的結(jié)合強度技術(shù)要求 (彡19MPa)，符合要求。(3)粉末涂層的金相組織符合要求。(4)粉末涂層的相結(jié)構(gòu)主要相為NiAl相，符合要求。A1/BN面層粉末涂層的性能選用不同批次的A1/BN粉末，按現(xiàn)有的噴涂工藝說明書規(guī)定的等離子噴涂工藝參 數(shù)(見表15)制備涂層，并進行性能對比(見表16)；金相組織對比照片見圖3、4，X射線衍 射圖對比見圖5。表15等離子噴涂工藝參數(shù) 表16涂層性能測試結(jié)果 由表16結(jié)果可看出(1)A1/BN粉末涂層的硬度均合格，符合要求。(2)粉末涂層的結(jié)合強度符合要求，均大于封嚴類涂層要求(》4MPa)。涂層抗熱沖擊性能選用同一噴涂工藝參數(shù)(底層噴涂工藝按表13進行，面層噴 涂工藝按表15進行)，采用A1/BN粉末制備出總厚度為2. 5mm的涂層(底層涂層厚度為 0. 1 0. 2mm)，并進行了 450°C、20次及35次熱震試驗，結(jié)果見表17。熱震試驗結(jié)果表明， A1/BN粉末涂層的抗熱沖擊性能符合要求。表17熱震試驗結(jié)果 涂層熱穩(wěn)定性性能按表13噴涂工藝進行底層噴涂，面層噴涂工藝按表15進行) 制備A1/BN涂層(底層涂層厚度為0. 1 0. 2mm,總厚度大于3mm)進行熱穩(wěn)定性試驗。表 18為熱穩(wěn)定性試驗后涂層硬度對比結(jié)果，圖14 圖19為熱穩(wěn)定性試驗后涂層的金相組織 圖片。表18涂層熱穩(wěn)定性性能測試結(jié)果 從表18和圖6、7、8可以看出(1)隨著保溫時間的延長，涂層的硬度符合要求。
(2)經(jīng)過450°C、25小時、50小時和100小時后涂層的金相組織基本沒有變化。9、摩擦磨損試驗用GW/ML-MS高溫銷盤式摩擦磨損試驗機對A1/BN粉末涂層進行了室溫、450°C摩 擦磨損試驗，結(jié)果見表19、表20。相同溫度下的兩種涂層材料的磨損量與摩擦系數(shù)基體相當。表19室溫摩擦磨損試驗結(jié)果 表20 450°C摩擦磨損試驗結(jié)果 10、涂層中的化學成分分析大修指導中對涂層中BN、Si02含量并無具體指標，只要求實測。表21為A1/BN粉 末涂層中BN、SiO2含量測試分析結(jié)果。表21涂層中的化學成分分析 從表21結(jié)果可以看出，涂層中的SiO2含量均在2. 5% 5%之間；七批A1/BN粉 末涂層中，其中G3、G4、G6批A1/BN粉末涂層中BN含量指標略低，G7、G8、G9、GlO批A1/BN 粉末涂層中BN含量適中。造成A1/BN粉末涂層中BN含量低的原因，主要與A1/BN粉末中原材料中六方BN 的晶型結(jié)構(gòu)和粒度有關(guān)。在A1/BN粉末的制備過程中，以水玻璃為粘結(jié)劑，六方BN是包覆 在Al粉表面，如果六方BN的晶型不完整或顆粒過細，在噴涂過程中易燒蝕。G3批粉末中 BN原材料是由山東產(chǎn)的，BN的純度為97%，粒度為0. 8 μ m ；G4、G6批粉末中BN原材料是由 北京產(chǎn)的，BN的純度為99%，粒度平均為3. 8 μ m ;G7、G8、G9、GlO批粉末中BN是由丹東產(chǎn) 的，BN的純度為98%，粒度平均為5. 24 μ m，原材料中BN在噴涂過程中燒損比較少，可以保 證涂層中的BN含量及硬度符合要求。11、典型件長試考核及故檢情況采用A1/BN及NiAlW粉末材料，按現(xiàn)有噴涂工藝 噴涂的高壓壓氣機第VI級機匣參加并通過了發(fā)動機607小時的試車考核。故檢結(jié)論通過長試考核，符合故檢標準，可裝機使用。12、結(jié)論A1/BN及NiAlW粉末材料的化學成分、粒度等達到了技術(shù)標準要求；用A1/BN及NiAlW粉末材料制備的涂層，其等離子噴涂工藝可行；涂層的化學成 分、金相組織及性能等均符合要求；用A1/BN及NiAlW粉末材料噴涂的高壓壓氣機第VI級機匣通過了發(fā)動機長試考 核，可以滿足某型發(fā)動機大修的使用要求。實施例2一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，用于以噴涂某型大修機低壓壓氣機I IV 級機匣及高壓壓氣機I VI級機匣等為例的這類零件。涂層起中低溫封嚴作用，設(shè)計點溫 度為400°C左右，受氣動沖刷及葉片刮削機匣振動應力，工作介質(zhì)為空氣。
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一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法使用A1/BN及NiAlW合金粉末作為原料，采 用等離子噴涂方式制備涂層；具體要求如下所述A1/BN合金粉末用作面層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下BN:18.0 25. 0%, SiO2 4. 8. 0%，Al 余量；所述NiAlW合金粉末作為底層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下Al 20. 0 24. 0%，Cr :1· 5 4. 0%，W 彡 2. 0%, Co 0. 2 ~ 1. 2%, Mo 0. 2 1. 2%, Ti 0. 2 1. 0%，Ni 余量。所述用作用作面層材料的A1/BN合金粉末的成分與質(zhì)量百分比含量優(yōu)選如下 BN 18. 0 23. 0%, SiO2 4. 0 8. 0%，Al 余量。所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于所述以NiAlW合金粉末為原 料的底層材料的厚度為0. 04 0. 5mm ；所述以A1/BN合金粉末為原料的面層材料的厚度為 1.0 — 4. Omm0所述等離子噴涂制備封嚴涂層還滿足下述要求噴涂氣體使用氬氣或氮氣；制備底層時噴涂電流為480A 520A，氬氣或氮氣流量要求80ft3/h 120ft3/h， 氫氣流量為8ft3/h 15ft3/h，噴涂距離要求130 士 20mm，送粉速率為40g/min 45g/min ；制備面層時噴涂電流為380A 420A，氬氣或氮氣流量要求70ft3/h 120ft3/h， 氫氣流量為5ft3/h 15ft3/h，噴涂距離要求120 士 20mm，送粉速率為40g/min 50g/min。所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法中還有如下要求所述等離子噴涂制備封嚴涂層使用的NiAlW合金粉末粒度要求如下+160 μ m :0， +56μπι ^ 5%, +45μπι ^ 40%, -45μπι ^ 55% ；所述等離子噴涂制備封嚴涂層使用的Α1/ΒΝ合金粉末粒度要求如下+315 μ m 彡 10%, -315 +50μπι 彡 82%，-50μπι 彡 8%?？傮w而言，本實施例相關(guān)的涂層質(zhì)量要求為1)使用洛布維試驗機，用Φ5鋼球在62. 5kgf的載荷下測量涂層硬度，壓痕直徑為 Φ 3. 15mm 2. 24mm時，硬度合格。2)涂層中的BN、Si02按實測。
1權(quán)利要求
一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于使用Al/BN及NiAlW合金粉末作為原料，采用等離子噴涂方式制備涂層；具體要求如下所述Al/BN合金粉末用作面層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下BN18.0～25.0％，SiO24.0～8.0％，Al余量；所述NiAlW合金粉末作為底層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下Al20.0～24.0％，Cr1.5～4.0％，W≤2.0％，Co0.2～1.2％，Mo0.2～1.2％，Ti0.2～1.0％，Ni余量。
2.按照權(quán)利要求1所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于所述用作用作面層材料的A1/BN合金粉末的成分與質(zhì)量百分比含量如下BN:18.0 23. 0%, SiO2 4. 8. 0%，Al 余量。
3.按照權(quán)利要求2所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于所述以NiAlW 合金粉末為原料的底層材料的厚度為0. 04 0. 5mm ；所述以A1/BN合金粉末為原料的面層 材料的厚度為1. 0 4. 0mm。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于所述 等離子噴涂制備封嚴涂層還滿足下述要求噴涂氣體使用氬氣或氮氣；制備底層時噴涂電流為480A 520A，氬氣或氮氣流量要求80ft3/h 120ft3/h，氫氣 流量為8ft3/h 15ft3/h，噴涂距離要求130 士 20mm，送粉速率為40g/min 45g/min ；制備面層時噴涂電流為380A 420A，氬氣或氮氣流量要求70ft3/h 120ft3/h，氫氣 流量為5ft3/h 15ft3/h，噴涂距離要求120 士 20mm，送粉速率為40g/min 50g/min。
5.按照權(quán)利要求4所述等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，其特征在于所述等離子噴涂制備封嚴涂層使用的NiAlW合金粉末粒度要求如下+160μπι:0， +56μπι ^ 5%, +45μπι ^ 40%, -45μπι ^ 55% ；所述等離子噴涂制備封嚴涂層使用的Α1/ΒΝ合金粉末粒度要求如下+315μπι: 彡 10%, -315 +50μπι 彡 82%，-50μπι 彡 8%。
全文摘要
一種等離子噴涂制備封嚴涂層的方法，使用Al/BN及NiAlW合金粉末作為原料，采用等離子噴涂方式制備涂層；具體要求如下所述Al/BN合金粉末用作面層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下BN18.0～25.0％，SiO24.0～8.0％，Al余量；所述NiAlW合金粉末作為底層材料，其成分與質(zhì)量百分比含量如下Al20.0～24.0％，Cr1.5～4.0％，W≤2.0％，Co0.2～1.2％，Mo0.2～1.2％，Ti0.2～1.0％，Ni余量。本發(fā)明所述涂層起中低溫封嚴作用，設(shè)計點溫度為400℃左右。本發(fā)明填補了技術(shù)空白，具有明顯較好的技術(shù)效果。
文檔編號C23C4/12GK101921979SQ20091001193
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者任大為, 史鳳嶺, 張鵬, 方波, 李漢運, 楊樹林, 魏明霞 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司