[发明专利]一种树脂基复合材料导流叶片抗冲刷涂层的制备方法

说明书

本发明属于树脂基复合材料防护涂层领域，尤其涉及一种树脂基复合材料导流叶片抗冲刷涂层的制备方法。本发明在传统抗冲刷涂层中增加树脂‑金属打底层和金属中间层结构，有效缓解了由涂层热膨胀系数不匹配造成的界面应力过大的问题，使其可在300℃的热循环试验持续3000次涂层无失效，适用于树脂基复合材料导流叶片、静子叶片的抗冲刷涂层制备。通过室温气体喷涂和固化处理工艺制备树脂基‑金属打底层结构，改善了涂层与树脂基体界面相容性，提升界面结合强度；另一方面，无需对叶片本体进行喷砂前处理，降低了前处理对叶片基体树脂和纤维的损伤。采用热喷涂工艺在打底层表面制备金属中间层和抗冲刷面层，具有工艺过程可控性强、成本低，喷涂效率高、涂层性能好的优点。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，尤其涉及一种树脂基复合材料导流叶片抗冲刷涂层的制备方法。

背景技术

对于先进航空发动机，采用树脂基复合材料替代金属材料制作导流叶片可以获得显著的减重效果。实际使用过程中，导流叶片主要起到整流、调整流量和支撑的作用。工作过程中，导流叶片不仅要长期承受150℃以上高温的作用，同时发动机起/停过程中还要经受高速气流夹带的尘埃颗粒的高速冲刷，极易造成部件的高温冲刷磨损失效。

由于树脂基复合材料相对于金属材料硬度更低，耐冲蚀磨损性能更差，已经成为限制树脂基复合材料应用的主要因素。传统工艺通过金属包边+胶接技术可以对大尺寸风扇叶片前缘、叶尖和叶根等关键部位进行增强处理。针对导流叶片部件的应用，该技术存在以下问题：(1)传统金属包边厚度达到(0.4～0.5)mm，与复合材料通过胶黏剂连接，整体增重明显；(2)金属包边加工工艺复杂成本较高，而导流叶片的形状复杂多样，进一步限制了该方法的推广应用；(3)随着发动机技术的不断发展，导流叶片的工作温度不断提升，由于金属包边与树脂基复合材料基体热膨胀系数差异较大，在温度交变过程中，容易发生金属包边与复合材料叶片脱粘、开裂等，从而影响发动机的安全运行。专利CN 109653965公开了一种复合材料叶片的保护方法，通过选用Cu、Ni或铜镍混合物组成的打底层、金属中间层和耐冲蚀面层结构实现对复合材料叶片前缘的局部保护。该专利采用Cu、Ni或铜镍混合物组成，并未从根本上改变温度交变过程中由热膨胀系数差异造成的防护层与基体间的界面应力，对于较高温度下工作的导流叶片整体叶身的防护要求适用性不足。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种树脂基复合材料导流叶片的抗冲刷涂层的制备方法。

本发明的技术解决方案是，一种树脂基复合材料导流叶片抗冲刷涂层的制备方法，其特征在于，在树脂基复合材料导流叶片表面制备多层结构抗冲刷涂层，包含：树脂-金属打底层、金属中间层和抗冲刷面层。制备过程包含以下步骤：(1)采用工业丙酮或碱性清洗剂对树脂基复合材料导流叶片叶身表面进行擦洗，采用压缩空气吹干表面后待用；(2)将配置好的树脂-金属混合底漆均匀的喷涂于树脂基复合材料叶身表面；(3)在60～300℃环境下，固化0.5～3小时，获得厚度为20～70μm打底层；(4)对底漆表面进行清洗和喷砂预处理；(5)采用爆炸喷涂工艺制备金属中间层，中间层厚度为(20～100)μm；(6)采用爆炸喷涂工艺制备抗冲刷面层，面层厚度为(50～300)μm；(7)完成喷涂后，采用封孔剂对涂层表面进行刷涂或喷涂防护。

所述的树脂-金属混合底漆，由液态树脂和金属粉体按质量比100：(10～50)均匀混合制得，液态树脂为环氧树脂、液态双马来酰亚胺树脂、液态聚酰亚胺树脂或其改性产物的一种；所用的金属粉体为Al、Cu、Ni其中的一种或其合金中的一种，其中金属粉体的粒度为(30～90)μm。

所述的金属中间层材料为Al、Cu、Ni或其合金粉末中的一种，粉末粒度满足5μm～45μm。

所述的抗冲刷面层材料采用WC-Co或NiCr-Cr₃C₂粉末，粉末粒径为5μm～45μm。