專利名稱：重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪葉片涂層制備方法，特別涉及一種重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐
磨涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航空發(fā)動機和燃氣輪機的動作條件越來越苛刻，對性能提出的要求越來越 高，因此特種涂層材料及制備技術(shù)已成為現(xiàn)代航空發(fā)動機和燃氣輪機制造中的關(guān)鍵技術(shù)之 一。涂層主要分為熱障涂層、耐磨涂層、封嚴涂層、抗沖刷涂層、尺寸修復涂層等，其中耐磨 涂層要求有較高的硬度和較低的摩擦系數(shù)。 重型燃機的服役壽命長，其中大尺寸、復雜結(jié)構(gòu)的一級渦輪工作葉片的一次大修 壽命要求為25000小時，為了滿足上述使用壽命要求，必須在葉尖端面涂覆耐磨涂層，否則 葉尖在使用中磨損產(chǎn)生漏氣，將嚴重降低工作效率。葉尖上的耐磨涂層要求與基體牢固結(jié) 合，確保使用過程中不掉塊，并且在高溫、高速工況下具有很好的耐磨性能。目前國內(nèi)在重 燃渦輪一級工作葉片葉尖端面上制備耐磨涂層，主要采用鎢極氬氣保護電弧焊制備，具有 較好的耐磨性能，但堆焊下面的基體會產(chǎn)生裂紋，對渦輪工作葉片的使用安全和壽命有影 響。 目前國外有部分有采用激光熔覆技術(shù)制備耐磨涂層修復燃機零部件的報道，國內(nèi) 也有在試驗室采用激光熔覆技術(shù)制備耐磨涂層的報道，但是，在燃機渦輪葉片的葉尖端面 通過激光熔覆技術(shù)制備耐磨涂層的技術(shù)工藝，國內(nèi)外未見研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層的制備 方法，目的在于制備重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層后，使耐磨涂層具有良好的耐磨 性能，而且涂層和基體均不產(chǎn)生裂紋。
本發(fā)明的方法按以下步驟進行 1、采用的激光涂覆設備配有與激光束同軸的紅外掃描裝置，預先掃描出激光涂覆 時的運動軌跡，具體操作為將重燃渦輪一級工作葉片固定在激光涂覆設備的工作臺上，葉 尖端面朝上；通過激光涂覆設備的數(shù)控面板來移動紅外掃描裝置，用紅外光束對葉尖端面 邊緣進行掃描，紅外光束直徑為3mm，掃描時的紅外光束外緣與葉尖端面外沿相切；根據(jù)掃 描軌跡使激光涂覆設備的掃描軌跡程控程序記錄18 20個掃描點位置，軌跡程控程序根 據(jù)記錄的掃描點，自動擬合生成激光涂覆時的激光束掃描軌跡，該軌跡所構(gòu)成的曲線與紅 外光束掃描的葉尖端面外沿部分形狀相似。 2、啟動激光涂覆設備的激光發(fā)生裝置，在惰性氣體對葉尖端面吹掃保護的條件 下，向葉尖端面進行同步傳送合金粉末，并用激光束熔化合金粉末，制備耐磨涂層，激光涂 覆設備的激光束與紅外光束同軸，激光光斑直徑為2. 5 3mm，掃描速度為100 300mm/ min，合金粉末的傳送速度為4 8L/min，激光器輸出功率為2000 3000W，激光束按軌跡掃描后完成涂覆。 上述方法制備的耐磨涂層平均寬度為1. 9 2. 5mm，平均厚度為2 3mm。 上述的重燃渦輪一級工作葉片的基體材質(zhì)為鎳基鑄造高溫合金K488，合金粉末為
Co基自熔合金粉末，其成分按重量百分比為C 1.0 1.3%，Cr 28. 0 30. 0%，Si 1. 0
1. 3%， Fe 3. 0 3. 2%， W 3. 8 4. 3%， Ni 2. 8 3. 0%，余量為Co。 上述的保護氣體為氬氣，進行保護時的氣壓為0. 2 0. 35MPa。 激光熔覆技術(shù)是在被涂覆基材上預置選擇的涂層原料，經(jīng)激光輻射使之與基材表
面薄層同時熔化，并快速凝固形成具有一定稀釋度，與基材冶金結(jié)合成表面涂層。與熱噴
涂、離子束注入等表面涂層技術(shù)相比，激光熔覆涂層具有結(jié)合強度高、涂層厚度大、涂層中
硬質(zhì)增強相多等優(yōu)點。本發(fā)明通過選擇耐磨涂層材料，并且選擇適合葉片基體材料的工藝
方法，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，在重燃渦輪一級工作葉片葉尖制備出質(zhì)量良好的耐磨涂層，該
涂層與基體實現(xiàn)了牢固的冶金結(jié)合，基體及涂層中無裂紋，并且涂層具有很好的室溫和高
溫耐磨性能，能夠滿足零件的使用要求；本發(fā)明的制備方法在提高了涂層的高溫耐磨性能
的同時，提高了涂層制備的自動化控制水平和生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明實施例1中制備的重燃渦輪一級工作葉片葉尖端面耐磨涂層照片 圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例中采用的Co基合金粉末為沈陽大陸激光成套設備有限公司產(chǎn)品。
本發(fā)明實施例中采用的激光涂覆設備為沈陽大陸激光器公司生產(chǎn)的橫流(A工業(yè) 激光器，型號為DL-HL-T10000。 本發(fā)明實施例中的重燃渦輪一級工作葉片的基體材質(zhì)為鎳基鑄造高溫合金K488。
實施例l 重燃渦輪一級工作葉片固定在激光涂覆設備的工作臺上，葉尖端面朝上；操作數(shù) 控面板來移動紅外掃描裝置，用紅外光束對葉尖端面邊緣進行掃描，紅外光束直徑為3mm， 掃描時的紅外光束外緣與葉尖端面外沿相切；根據(jù)掃描軌跡使掃描軌跡程控程序記錄18 個掃描點位置，軌跡程控程序自動擬合生成激光涂覆時的激光束掃描軌跡，該軌跡所構(gòu)成 的曲線與紅外光束掃描的葉尖端面外沿部分形狀相似。 啟動激光涂覆設備的激光發(fā)生裝置，在惰性氣體對葉尖端面吹掃保護的條件下， 向葉尖端面進行同步傳送合金粉末，并用激光束熔化合金粉末，制備耐磨涂層，激光光斑 直徑為3mm，掃描速度為200mm/min，合金粉末的傳送速度為6L/min，激光器輸出功率為 2700W，激光束按軌跡掃描后完成涂覆。 Co基自熔合金粉末的成分按重量百分比為C 1.0%， Cr 28.0%， Si 1.0%， Fe
3. 0%，W 3. 8%，Ni 2. 8X，余量為Co。 惰性氣體為氬氣，進行保護時的氣壓為0. 3MPa。 葉尖端面的耐磨涂層平均寬度為2. 5mm，平均厚度為2. 7mm，葉尖端面耐磨涂層示 意圖如圖l所示。
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將制備了耐磨涂層的葉片進行耐磨試驗，采用的試驗設備為沈陽金屬研究所的 GW/ML-MS型高溫磨損試驗機，BSllO型電子分析天平；2206B型表面形貌儀。試驗條件為 大氣環(huán)境、無潤滑介質(zhì)，試驗溫度700°C 、載荷8. 5N，相對轉(zhuǎn)動速度0. 75m/s，進行30000轉(zhuǎn)磨
損試驗。 將載荷施加于銷試樣上，盤試樣轉(zhuǎn)動，形成盤/銷試樣表面之間的滑動磨損。試驗 中對摩擦副進行加熱，達到溫度為700°C。 通過測量摩擦副載荷8. 5N和滑動速度0. 75m/s下產(chǎn)生的摩擦力，以磨損一定時間 后摩擦力達到穩(wěn)定值計算摩擦系數(shù)。 磨損量采用尺寸測量法確定，測定銷試樣磨損試驗前后的長度差作為磨損量，測
定盤試樣磨痕的深度(包含有盤試樣表面生成的氧化層深度)作為磨損量。 通過與采用常規(guī)材質(zhì)進行堆焊后獲得的耐磨涂層和葉片基體本身進行高溫磨損
測試，獲得的數(shù)據(jù)如表l所示。 表1
摩擦試樣銷試樣長度減小mm盤的磨痕深度um平均摩擦系數(shù)
CoCrW堆焊層0. 8283. 60. 54
激光熔覆涂層0. 3872. 90. 55
K488基體2. 5689. 50. 46 由表可見，采用上述方法制備的激光熔覆涂層具有耐磨性能優(yōu)越，涂層牢固可靠 的優(yōu)點。 實施例2 掃描軌跡方法同實施例1，掃描軌跡程控程序記錄19個掃描點位置。 啟動激光涂覆設備的激光發(fā)生裝置，在惰性氣體對葉尖端面吹掃保護的條件下，
向葉尖端面進行同步傳送合金粉末，并用激光束熔化合金粉末，制備耐磨涂層，激光光斑
直徑為2. 5mm，掃描速度為100mm/min，合金粉末的傳送速度為4L/min，激光器輸出功率為
2000W，激光束按軌跡掃描后完成涂覆。 合金粉末為Co基自熔合金粉末，其成分按重量百分比為C 1. 3%， Cr 30. 0%， Si
1.3%，F(xiàn)e 3.2%，W 4.3%，Ni 3.0X，余量為Co。 惰性氣體為氬氣，進行保護時的保護氣體氣壓為0. 2MPa。 耐磨涂層平均寬度為2. 2mm，平均厚度為2. 4mm。 實施例3 掃描軌跡方法同實施例1，掃描軌跡程控程序記錄20個掃描點位置。 啟動激光涂覆設備的激光發(fā)生裝置，在惰性氣體對葉尖端面吹掃保護的條件下，
向葉尖端面進行同步傳送合金粉末，并用激光束熔化合金粉末，制備耐磨涂層，激光光斑
直徑為3mm，掃描速度為300mm/min，合金粉末的傳送速度為8L/min，激光器輸出功率為
3000W，激光束按軌跡掃描后完成涂覆。
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重燃渦輪一級工作葉片的基體材質(zhì)為鎳基鑄造高溫合金K488，合金粉末為Co基 自熔合金粉末，其成分按重量百分比為C 1. l%，Cr 29.0%，Si 1.2%，F(xiàn)e 3. 1%，W4. 1%， Ni 2. 9%，余量為Co。 惰性氣體為氬氣，進行保護時的保護氣體氣壓為0. 35MPa。
制備的耐磨涂層平均寬度為2. 2mm，平均厚度為2. 3mm。
實施例4 掃描軌跡方法同實施例1，掃描軌跡程控程序記錄20個掃描點位置。 啟動激光涂覆設備的激光發(fā)生裝置，在惰性氣體對葉尖端面吹掃保護的條件下，
向葉尖端面進行同步傳送合金粉末，并用激光束熔化合金粉末，制備耐磨涂層，激光光斑
直徑為2. 5mm，掃描速度為220mm/min，合金粉末的傳送速度為5L/min，激光器輸出功率為
2200W，激光束按軌跡掃描后完成涂覆。 重燃渦輪一級工作葉片的基體材質(zhì)為鎳基鑄造高溫合金K488，合金粉末為Co基 自熔合金粉末，其成分按重量百分比為C 1.2%，Cr 28. 0%，Si 1. l%，F(xiàn)e 3. 2%，W 3.9%， Ni 3. 0%，余量為Co。 惰性氣體為氬氣，進行保護時的保護氣體氣壓為0. 25MPa。
制備的耐磨涂層平均寬度為1. 9mm，平均厚度為2. lmm。
權(quán)利要求
一種重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層的制備方法，選取重燃渦輪一級工作葉片的基體材質(zhì)為鎳基鑄造高溫合金K488，耐磨涂層的制備方法特征在于按以下步驟進行(1)利用激光涂覆設備的紅外掃描裝置對葉片葉尖端面邊緣進行掃描，使掃描軌跡程控程序記錄18～20個掃描點位置，軌跡程控程序自動擬合生成激光涂覆時的激光束掃描軌跡；(2)在惰性氣體保護的條件下，向葉尖端面進行同步傳送合金粉末，并用激光涂覆設備的激光束熔化合金粉末，激光光斑直徑為2.5～3mm，掃描速度為100～300mm/min，合金粉末的傳送速度為4～8L/min，激光器輸出功率為2000～3000W，激光束按軌跡掃描后完成耐磨涂層的制備；所述的合金粉末為Co基自熔合金粉末，其成分按重量百分比為C 1.0～1.3％，Cr 28.0～30.0％，Si 1.0～1.3％，F(xiàn)e 3.0～3.2％，W 3.8～4.3％，Ni 2.8～3.0％，余量為Co。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層的制備方法，其特 征在于所述的耐磨涂層平均寬度為1. 9 2. 5mm，平均厚度為2 3mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層的制備方法，其特 征在于所述的保護氣體為氬氣，進行保護時的氣壓為0. 2 0. 35MPa。
全文摘要
一種重燃渦輪一級工作葉片葉尖耐磨涂層的制備方法，按以下步驟進行(1)利用激光涂覆設備的紅外掃描裝置對葉片葉尖端面邊緣進行掃描，使掃描軌跡程控程序記錄掃描點位置；(2)啟動激光涂覆設備的激光發(fā)生裝置，在惰性氣體保護條件下，向葉尖端面?zhèn)魉秃辖鸱勰?，并用激光束熔化合金粉末。重燃渦輪一級工作葉片的基體材質(zhì)為鎳基鑄造高溫合金K488，合金粉末為Co基自熔合金粉末。本發(fā)明的制備方法在提高了涂層的高溫耐磨性能的同時，提高了涂層制備的自動化控制水平和生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
文檔編號C22C19/07GK101705487SQ20091021967
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者劉佳濤, 孟慶武, 張湘君, 李偉劍, 王長利, 祝文卉, 高宇 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司