[发明专利]一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法

说明书

本发明的一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法，属于航空发动机技术领域，涂层包括相应厚度的NiCrAlY底层以及氧化钇稳定氧化锆和可磨耗封严混合面层。该封严涂层采用具有内外双送粉结构等离子喷枪和送粉速率可调节的送粉装置制备涂层，结合等离子喷涂工艺，将两种膨胀系数不同的涂层制备成组织渐变结构涂层，有利于降低异种涂层间的应力，结合强度优异，该组织渐变防钛火可磨耗封严涂层热膨胀系数匹配性良好，兼具防钛火和可磨耗封严作用。

技术领域：

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法。

背景技术：

高性能航空发动机高压压气机机匣一般采用钛合金材质，在运转过程中钛合金机匣与转子叶片碰磨起火，俗称“钛火”，因此使用钛合金作为发动机机匣需要采取一定的防“钛火”措施，才能保证发动机安全运转。

减小航空发动机压气机机匣与转子叶片之间的间隙是提高发动机工作效率的必要措施，在压气机机匣表面喷涂可磨耗封严涂层，使转子叶片与之相对的钛合金机匣在高速运行时以最低的风险来减少动静部件之间的间隙，可以有效提高航空发动机压气机的工作效率。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法，针对航空发动机钛合金机匣，进行组织渐变防钛火可磨耗封严涂层的结构设计、成分设计、制备工艺研究，研制出与钛合金机匣相匹配的组织渐变防钛火可磨耗封严涂层的方法，满足先进航空发动机的研制需求，具有较高生产效率和较低的制备成本。该方法具有较高的稳定性，能够满足450℃以下的工作温度需求，在转子叶片的叶尖和封严材料相互作用时，封严涂层本身被磨损和刮削，在叶片损伤程度最低的前提下，获得发动机实际工作状态相下的最小间隙。该涂层具有良好的结合强度、与钛合金材料基体有良好的匹配性及防钛火性能，可实现在航空发动机中的长寿命和高可靠性应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层，包括NiCrAlY底层以及氧化钇稳定氧化锆和可磨耗封严混合面层，所述的NiCrAlY底层厚度为0.10-0.20mm，所述的氧化钇稳定氧化锆和可磨耗封严粉末混合面层厚度为1.5-2.0mm。

所述的可磨耗封严粉末为铝硅/聚苯酯粉末或铝硅/氮化硼粉末。

所述的组织渐变防钛火可磨耗封严涂层硬度为55-65HR15Y。

所述的组织渐变防钛火可磨耗封严涂层在450℃进行加水冷淬火循环实验，反复进行50次，不会出现裂纹和掉块等缺陷。

所述的组织渐变防钛火可磨耗封严涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，NiCrAlY底层制备：

(1)零件除油除污、干吹砂，完成预处理；

(2)等离子喷涂NiCrAlY粉末，喷涂厚度为0.10-0.20mm，形成NiCrAlY底层，其中，所述的等离子喷涂参数为：电流600-650A，氩气流量为110-120scfh，氢气流量为6-8scfh，喷涂距离为115-125mm，喷涂角度为75-90°，表面速率为400-600mm/s；

步骤2，防钛火可磨耗封严涂层制备：

(1)在NiCrAlY底层表面，采用等离子喷涂方法，喷涂氧化钇稳定氧化锆粉末和可磨耗封严粉末，喷涂厚度为1.5-2.0mm，形成混合面层，其中，所述的等离子喷涂参数为：等离子喷涂，参数为：电流600-650A，氩气流量为95-105scfh，氢气流量为6-8scfh，喷涂距离为110-120mm，喷涂角度为75-90°，表面速率为400-500mm/s；

(2)喷涂结束后，对试样或零件进行清理，制得组织渐变防钛火可磨耗封严涂层。