[发明专利]一种具有饱和镶嵌结构的叶尖抗磨切削涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有饱和镶嵌结构的叶尖抗磨切削涂层及其制备方法，属于材料表面改性和涂层技术领域，本发明的涂层是将硬质陶瓷颗粒离散分布并通过粘结合金结合在叶尖端面上，粘结合金层与叶尖合金形成牢固冶金结合，并将硬质陶瓷颗粒紧紧包裹住，涂层的硬质陶瓷颗粒棱角尖锐暴露且与叶尖端面结合牢固。饱和镶嵌结构使得涂层在具有超高硬度的前提下，又具有良好的结合强度。涂层外棱角尖锐，可以用来快速切削可磨耗封严涂层，防止叶尖剧烈升温。

技术领域

本发明属于材料表面改性和涂层技术领域，具体涉及一种具有饱和镶嵌结构的叶尖抗磨切削涂层及其制备方法。

背景技术

高性能航空发动机对效率和安全性都有更高的要求，而机匣与叶尖之间的间隙大小是影响发动机性能的关键因素。为保证发动机的高效，该间隙不宜过大。而间隙过小时，发动机运行过程中离心、喘振等因素会使得叶尖与机匣内壁发生碰摩而损坏叶尖。因此，常采用封严技术达到提高效率、保护叶尖的目的。即在发动机机匣内壁制备一层可磨耗封严涂层，在叶尖制备一层耐磨涂层，两种涂层相互配合形成合适间隙。

叶尖耐磨涂层常采用金属基陶瓷复合材料，陶瓷颗粒通过合金粘结相固定在叶尖端面，从而提高叶尖的硬度及耐磨性。目前，叶尖耐磨涂层的常用制备方法为激光熔覆技术和电镀方法。用激光熔覆技术制备出的叶尖涂层能大幅度提高基体的硬度和耐磨性，但存在对基体热损伤严重的问题。用电镀法制备的叶尖涂层可有效控制厚度，但涂层与基体结合强度不高，涂层易脱落。

发动机转速可达50000r/min，叶尖切削涂层与可磨耗涂层以极大的相对速度发生碰摩产生巨大的热量，导致叶尖升温剧烈。由于叶尖材料本身耐磨性能差，在服役过程中与可磨耗涂层碰摩易发生擦伤，单纯提高叶尖的硬度和耐磨性无法起到保护叶尖的目的。

发明内容

为了解决叶尖切削涂层与可磨耗封严涂层高速碰摩时发热严重的技术问题，本发明提出了一种具有饱和镶嵌结构的叶尖抗磨切削涂层及其制备方法，当叶尖涂层对可磨耗涂层产生切削作用时，可有效降低摩擦生热，降低叶尖升温速率，从而防止叶尖磨损。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种具有饱和镶嵌结构的叶尖抗磨切削涂层，其特征在于，由硬质陶瓷颗粒与粘结合金层构成，硬质陶瓷颗粒离散分布并通过粘结合金层结合在叶尖基体的端面上，粘结合金层与叶尖基体的合金形成牢固冶金结合，并将硬质陶瓷颗粒自身高度的0.5-0.9倍包裹住，形成硬质陶瓷颗粒棱角尖锐暴露、且与叶尖基体端面结合牢固的叶尖抗磨切削涂层。

本发明进一步的改进在于，所述硬质陶瓷颗粒优选立方氮化硼颗粒。

本发明进一步的改进在于，所述硬质陶瓷颗粒优选金刚石颗粒。

本发明进一步的改进在于，所述硬质陶瓷颗粒平均粒径优选50-120μm，满足切削性能需求。

本发明进一步的改进在于，所述硬质陶瓷颗粒平均粒径优选121-350μm，满足散热性能需求。

本发明进一步的改进在于，所述尖角朝外的硬质陶瓷颗粒，指单个颗粒的最小方向尺寸超过颗粒平均粒径0.05倍的暴露面，与叶尖端面外法线的角度均介于0-60°之间。其中，最小方向尺寸是指颗粒在不同方向上的尺寸中最小的那个，例如：上下尺寸比左右尺寸大则最小方向尺寸指左右尺寸。

本发明进一步的改进在于，所述尖角朝外的硬质陶瓷颗粒所占百分比大于50％。

本发明进一步的改进在于，所述硬质陶瓷颗粒朝向叶尖外表面外法线的一侧顶端高度差不高于颗粒自身平均粒径的0.2-0.5倍。

本发明进一步的改进在于，所述相邻两个陶瓷颗粒的分布间距优选颗粒自身平均粒径的1-2.5倍，具有高的分布密度，可实现快速切削。