[发明专利]一种制备防钛火涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金表面防钛火涂层技术，具体涉及一种制备防钛火涂层的方法。

背景技术

钛合金具有强度高、密度小和高熔点等优点，因此广泛应用于航空燃气涡轮发动机的压气机机匣、转子盘、转子叶片等部件，以减轻发动机的重量，提高推重比。但普通钛合金在一定的温度、压力和气流速度下会发生燃烧，并且燃烧会迅速发生蔓延，损害发动机部件，从而制约了钛合金在飞机发动机上的应用。为了防止钛合金发生燃烧，国内外主要采取改进结构设计、阻燃钛合金和防“钛火”涂层三种措施。在防“钛火”涂层方面，NASA曾先后试验了12种涂层，所用的实验方法就是在特制的燃烧试验台上，模拟发动机工作时气流通道的环境条件下，将未加涂层防护的裸露TC4钛合金与有防钛火涂层得TC4钛合金试样进行燃烧对比试验，试验结果表明Al(离子辅助气相沉积工艺)涂层和Pt-Cu-Ni(电镀工艺)涂层具有较好的阻燃性能。其中Al涂层具备良好的导热性、可磨性和良好的抗氧化性，成为发动机低温端钛合金防钛火涂层的重要选择之一，但由于Al金属较活泼，无法通过普通电镀获得，而等离子喷涂温度过高，制备的Al涂层孔隙率较高，离子辅助气相沉积Al涂层具有较致密的组织，但所需设备成本较高，且沉积效率较低(小于2μm/min)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涂层孔隙率低、沉积效率高的制备防钛火涂层的方法。本发明的技术解决方案是，采用球状的纯铝粉，铝粉粒径大小为160目～400目，纯度要求99.0％以上；在钛合金表面采用超音速火焰喷涂技术制备涂层，以丙烷为燃烧气体，以氧气为助燃气体，丙烷压力85Psi～120Psi，氧气压力140Psi～170Psi；丙烷流量为20FMR～40FMR，氧气流量为20FMR～40FMR，送粉率为30g/min～70g/min，喷涂距离为200mm～400mm，喷枪与工件的相对移动速度为400mm/s～800mm/s，涂层厚度为100μm～150μm；采用碳化硅砂轮对涂层进行磨削，使涂层厚度磨至40μm～80μm，表面粗糙度小于Ra1.6μm。

在对钛合金表面喷涂前，对工件表面进行吹砂预处理：采用40目～100目的石英砂或刚玉砂，在0.4MPa～0.6MPa的压力下进行吹砂至钛合金表面粗糙，再用丙酮清洗或压缩气体将工件表面残余砂粒清除后，再进行钛合金表面涂层制备。

本发明具有以下优点：

1、超音速火焰喷涂工艺相对于等离子喷涂工艺工作温度较低，粒子喷射速度高(超过音速)，所获得的涂层组织致密、孔隙率低，采用该工艺制备的铝涂层孔隙率可控制在2％以下；该方法可在钛合金表面制备致密、孔隙率低的铝涂层，实现优良的防钛火性能。

2、超音速火焰喷涂工艺是较先进的热喷涂工艺，采用该工艺进行铝涂层的制备时，铝涂层沉积效率可以达到10μm/min以上，明显降低工艺成本，提高生产效率；

3、喷涂涂层后，再对涂层进行磨削处理，使涂层表面具有小于Ra1.6μm的表面粗糙度，明显减小涂层的摩擦系数。

具体实施方式

采用市售的球形铝粉，要求铝粉纯度在99.0％以上，粒径为160目～400目；将纯铝粉末通过超音速火焰喷涂工艺沉积至钛合金表面，并通过磨削后处理将涂层加工至要求厚度。

本发明防钛火涂层的制备方法中，采用超音速火焰喷涂系统，以丙烷为燃烧气体，以氧气为助燃气体，丙烷压力85Psi～120Psi，氧气压力140Psi～170Psi。进行涂层制备时，丙烷流量为20FMR～40FMR，氧气流量为20FMR～40FMR，送粉率为30g/min～70g/min，喷涂距离为200mm～400mm，喷枪与工件的相对移动速度为400mm/s～800mm/s。

本发明防钛火涂层的制备方法中，采用超音速火焰喷涂前，对工件表面进行吹砂预处理：采用40目～100目的石英砂或刚玉砂，在0.4MPa～0.6MPa的压力下进行吹砂至钛合金表面粗糙，再用丙酮清洗或压缩气体将工件表面残余砂粒清除后，再进行钛合金表面涂层制备。

本发明防钛火涂层的制备方法中，所制备的涂层厚度为100μm～150μm，随后采用碳化硅砂轮对涂层进行磨削，将涂层厚度磨至40μm～80μm，表面粗糙度Ra1.6μm以下。

实施例1

喷涂用的粉末为市售铝粉，纯度大于99.5％，粒径为200目，球形。采用的超音速火焰喷涂系统为美国Sulzer-Metco公司制造的DJ2700型设备，基体采用TC4钛合金，试样尺寸为100mm×50mm×3mm，喷涂面尺寸为100mm×50mm。