[发明专利]一种基于热喷涂制备耐冲蚀高温可磨耗封严涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于封严涂层制备技术领域，涉及一种基于热喷涂制备耐冲蚀高温可磨耗封严涂层的方法。

背景技术

随着航天航空事业的不断发展进步，减少动静部件之间的间隙成为了设计和制造高性能发动机时获得大推力、高效率、并实现低油耗的重要手段之一。然而在叶片使用中，由于热变形及振动将造成零件整体位移、发动机转子的高速旋转将引起叶片伸长、零件加工过程需保留一定的公差和装配偏差等原因，叶片与机匣之间必须预留一定的间隙。因而，必须使用封严涂层这种简单且有效的方法来减小间隙。

国外对可磨耗封严涂层的研究起步于20世纪50年代，在60年代末期得到实际应用。目前常用的可磨耗封严涂层，主要是由金属基复合材料构成。复合材料包括了金属相、自润滑非金属和许多孔隙。使用的主要材料有NiAl、AlSi、NiCrAl、NiCrAlY等。这种涂层的主要优点是与基体结合强度高，但存在可磨耗性差、高温使用时容易发生熔化与叶片粘着、受热变形导致涂层失效等缺点。因此，为了改善这种涂层的性质，通常会往其中添加软相（可兼润滑相），如h-BN、石墨、硅藻土、聚酯等。添加软相的主要优点是调节涂层硬度、改善涂层与叶片的润滑性、减少叶片的磨损、提高涂层的可磨耗性能、防止涂层与叶片粘着等。这种涂层，如Ni-石墨、AlSi-聚酯、NiCrAl-氮化硼，它们具有一定的孔隙率，在耐热性和抗热震性方面优于前者，但是这种涂层也存在着结合强度和耐气流冲蚀性并不理想的缺点。

现代航空发动机采用压气机使空气增加压力、升高温度，使燃料充分燃烧是提高发动机的功率和效率的主要方法之一。因此压气机的工作温度已经达到了1000℃以上，由于以往的涂层大多使用温度都低于850℃，显然无法达到发动机的使用要求，因此需要研究开发可耐受更高温度且具有优越耐冲蚀性能的封严涂层制备方法。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种基于热喷涂制备耐冲蚀高温可磨耗封严涂层的方法，该方法制备出的封严涂层材料可选择范围广，孔隙在涂层中分布均匀，成本较低且方法简便。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于热喷涂制备耐冲蚀高温可磨耗封严涂层的方法，包括以下操作：

1）将表面熔化的液固两相颗粒碰撞并沉积在基体表面，控制基体表面温度使液固两相颗粒中的液态部分凝固时形成具有高热稳定性的相结构，基体表面与液固两相颗粒中的固相颗粒之间形成有效结合；后续液固两相颗粒沉积到已经沉积的颗粒表面，逐渐累加形成具有孔隙结构的沉积层；

2）将颗粒尺寸小于沉积层孔隙结构的填充粉末或该填充粉末的前驱体，通过固相或悬浮液的状态填充到沉积层的连通孔隙中，获得具有耐冲蚀、高温可磨耗的封严涂层。

所述的液固两相颗粒为空心颗粒和/或实心颗粒，其材料种类优选高温结构稳定的氧化铝基或氧化锆基陶瓷。

所述的液固两相颗粒中的固相部分具有致密的局部组织结构。

所述的液固两相颗粒碰撞并沉积在基体表面时因碰撞沉积位置的微观随机性而不断变化沉积角度。

在液固两相颗粒沉积前，所述的基体表面温度超过液相凝固后可形成稳定结构的温度，颗粒结合区域的液相材料形成高温热稳定的相结构。

所形成的封严涂层是由液固两相颗粒相变后的扁平颗粒以机械嵌合及微区冶金结合的方式层叠堆积而成的多孔层状结构。

所述的颗粒为粒径为30～100μm的球形或近球形颗粒。

所述的火焰喷涂是以氧气进行送粉，可燃气体流量可调，喷涂距离可调，火焰为微氧化焰，压缩空气流量为1000～1500L/h；

所述通过调节可燃气体的流量来调节封严涂层的孔隙率；所述通过调节喷涂的距离来调节封严涂层的表面形貌及孔隙率。

所述的填充粉末为与喷涂沉积的材料相同或不同的陶瓷材料，优选具有优越耐冲蚀性能的氧化铝基或氧化锆基陶瓷材料。

在基体进行沉积之前，先在基体表面制备一层结合层，优选MCrAlY高温合金材料，其中的M指Ni或Co或两者的合金，该MCrAlY高温合金材料种还可添加Ta、Re元素。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：