[发明专利]一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法，该涂层的特征为硬质陶瓷颗粒呈锯齿状平行排列并通过粘结合金结合在叶尖端面上；颗粒距离叶尖端面最远的棱边与叶尖端面夹角不超过30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角大于60°，形成的涂层硬质陶瓷颗粒外表面整体平整、硬质陶瓷颗粒棱边突出、与叶尖端面结合牢固。本发明通过改变涂层中硬质陶瓷颗粒的位相角度，可以使得涂层外表面硬质陶瓷颗粒的棱边更加突出，切削性能更加良好，从而使得叶尖涂层整体具有良好的切削性能，硬质陶瓷颗粒与叶尖结合牢固保证切削过程中涂层不易脱落。

技术领域

本发明属于材料表面改性和涂层技术领域，涉及一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖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，大推力、高效率、低油耗是发动机设计制造的总体目标。研究表明，采用气路封严技术能够很好地提高发动机性能。实验表明，发动机高压涡轮的叶尖间隙每减少0.254mm，涡轮效率可提高约1％。而间隙过小时，发动机运行过程中旋转中的动子和静子有干涉摩擦的危险，对发动机叶尖造成严重损伤。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。

目前，在可磨耗封严体系的研究较为成熟，而在叶尖耐磨涂层方面的研究较少，仍处于起步阶段。叶尖耐磨涂层常采用金属基陶瓷复合材料，金属基相与叶尖易形成良好结合，陶瓷作为增强相可提高涂层耐磨性。叶尖涂层在服役过程中除具备较高的硬度即耐磨性外，还需要有良好的切削作用，但是目前，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，虽然用两种方法制备出的叶尖涂层都具有良好的耐磨性，但由于硬质颗粒形状较为复杂，制备出的涂层外表面参差不齐，颗粒裸露的部分形态多种多样，导致与机匣碰摩时切削性能很差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，包括叶尖基层和设置在其上表面的粘结合金层，在粘结合金层上密布若干硬质陶瓷颗粒；

硬质陶瓷颗粒在叶片厚度方向的颗粒棱边外露呈现锯齿状，在叶片宽度方向上相邻两行的硬质陶瓷颗粒平行排列，形成的硬质陶瓷颗粒层的上表面平整、棱边突出，且与叶尖基层结合牢固；

棱边与叶尖端面平行的硬质陶瓷颗粒占硬质陶瓷颗粒总数量的0.7-0.9倍；

所述硬质陶瓷颗粒距离叶尖基层端面最远的棱边与叶尖基层端面的夹角≤30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角＞60°。

优选地，所述硬质陶瓷颗粒的最远棱边距离叶尖基层的端面的高度差≤硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.15倍。

优选地，硬质陶瓷颗粒选自立方氮化硼颗粒或金刚石颗粒。

优选地，所述平行排列的两行硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的1.2-2.5倍，使其有良好的刮削性能。

优选地，所述平行排列的两行硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的3-10倍，使其有充分的散热能力。

优选地，以质量百分比计，粘结合金层选择含镍大于53.0％，含铬为6％-28％的镍基合金；或者，选择含钛大于37.5％，含锆为18％-30％，含铜为10％-20％，含镍为5％-10％的钛基合金。

优选地，硬质陶瓷颗粒的平均粒径为50～120μm时，满足切削性能需求；硬质陶瓷颗粒的平均粒径为121～350μm时，满足散热性能需求。

本发明公开的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层的制备方法，包括以下步骤：