[发明专利]一种精密脉冲电弧点焊陶瓷颗粒种植方法

说明书

一种精密脉冲电弧点焊陶瓷颗粒种植方法，包括以下步骤：（1）将待种植工件表面打磨平整清洗干净；（2）在待种植陶瓷颗粒表面镀制备金属导电层；（3）将工件接入点焊设备的负极，钨电极接入正极，表面金属化的陶瓷颗粒均匀预置于工件待种植表面，开启精密脉冲电弧点焊设备，设置颗粒种植参数；（4）在电极与颗粒之间引入焊丝，焊丝、颗粒、工件直接接触，电极与工件存在一定距离时接通电源形成脉冲电弧，完成脉冲点焊颗粒种植过程；（5）通过逐点种植的方式完成大面积的陶瓷颗粒种植，从而形成耐磨涂层。本发明可实现大面积陶瓷颗粒种植。

技术领域

本发明涉及一种精密脉冲电弧点焊陶瓷颗粒种植方法，属航空发动机涡轮叶片耐磨涂层技术领域。

背景技术

航空发动机的封严密封是影响发动机效率的重要因素。目前低温段的风扇叶片与压气机涡轮叶片均采用叶尖耐磨涂层与机匣内表面可磨耗封严涂层组成封严密封对，以提高气密性。随着发动机性能越来越高，高温段叶片叶尖耐磨涂层逐渐引起重视。高温段（大于850℃）叶片通常采用单晶高温合金以获取更优异的高温使用性能。相对于低温段叶片，高温段叶片叶尖所承受的工作应力和温度更高，且变化比较频繁和剧烈，对磨的氧化锆基、MCrAlY 基可磨耗封严涂层硬度较高、润滑性较差。因此，高温段叶片叶尖耐磨涂层必须具备优良的抗热腐蚀和抗高温氧化性、界面稳定性、高温耐磨性、抗热震性等。

叶尖耐磨涂层的主要设计思路之一是将耐磨颗粒（粒径75~500μm）部分露出涂层表面，使颗粒顶部在叶片旋转时能够切入对磨的可磨耗封严涂层形成沟槽（称为“外露式”叶尖耐磨涂层），这样不仅能使涂层耐磨性能提高，也能进一步减小叶尖机匣之间的间隙，提高效率。然而，目前高温段叶片叶尖耐磨涂层的制备工艺（主要为电沉积、钎焊、火花放电种植等）还存在不少问题有待深入研究，如结合力不足、制备过程对母材组织性能影响大、效率低等，开发新的涂层制备工艺也成为高温段叶尖耐磨涂层成熟应用的必要途径。

发明内容

本发明的目的在于，为了改善涡轮叶片叶尖耐磨涂层性能、延长涡轮叶片使用寿命、提升航空发动机气密性和燃油效率，提出一种精密脉冲电弧点焊陶瓷颗粒种植方法，以获得颗粒与工件产生冶金牢固结合的耐磨涂层。

实现本发明的技术方案如下，

一种精密脉冲电弧点焊陶瓷颗粒种植方法，包括以下步骤：

（1）将待种植工件表面打磨平整去除表面氧化膜和其他杂质，然后在无水乙醇或丙酮中清洗干净，吹干备用；

（2）在待种植陶瓷颗粒表面采用化学镀制备金属导电层；

（3）将工件接入精密脉冲电弧点焊设备的负极并调整水平，钨电极接入正极，表面金属化的陶瓷颗粒均匀预置于工件待种植表面，开启精密脉冲电弧点焊设备，设置颗粒种植参数；

（4）在电极与颗粒之间引入焊丝，焊丝材料为镍基高温合金，焊丝、颗粒、工件相互接触，电极与工件距离0.5~2mm之间时通电，形成脉冲电弧，同时熔化焊丝、陶瓷颗粒表面金属层、陶瓷颗粒底部附近部分工件材料，其中熔化焊丝形成熔滴滴落在陶瓷颗粒表面并流动至陶瓷颗粒底部，陶瓷颗粒表面金属层熔化直接流动至陶瓷颗粒底部，陶瓷颗粒底部附近熔化形成凹坑，三者在颗粒底部混合后填满凹坑并逐渐凝固形成对陶瓷颗粒底部的牢固包埋，完成脉冲点焊颗粒种植过程；

（5）通过逐点种植的方式完成大面积的陶瓷颗粒种植，从而形成耐磨涂层。

所述陶瓷颗粒为氧化物、碳化物、氮化物或硼化物；所述陶瓷颗粒为无规则棱角多边形，粒径为200~700μm。

所述金属导电层材料为镍及镍合金、铜及铜合金、铝及铝合金，厚度为10μm~500μm。

所述颗粒种植参数为：脉冲电流2~500A，脉冲频率1~5Hz，脉冲时间1~150ms，电极与工件之间距离0.5~3mm。