[发明专利]一种真空电子束钎焊单晶高温合金叶尖耐磨涂层的方法

说明书

一种真空电子束钎焊单晶高温合金叶尖耐磨涂层的方法，所述方法将电子束（7）产生的热源通过金属薄板（1）陶瓷粉末（6）、陶瓷颗粒（2）、MCrAlYX涂层（3）、镍基高温钎料（5）传导到单晶高温合金块（4）试样表面达到钎涂的要求，从而避免电子束直接冲击涂层而产生的各种问题，获得符合性能要求的叶尖耐磨涂层。由此所制备的叶片叶尖耐磨封严涂层在不断刮削可磨耗涂层时，可以起到保护叶片叶尖和蓖齿等转子零件，使其避免遭受过度磨损的作用，对提升发动机密封性和服役寿命有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种真空电子束钎焊单晶高温合金叶尖耐磨涂层的方法，属合金涂层技术领域。

背景技术

提高航空发动机的封严密封是提升发动机工作效率的重要方法。在发动机高温高压的工作条件下，发动机的叶片，特别是叶尖部分的工作环境十分恶劣，这就要求所使用的叶片金属材料既要有优异的高温力学性能，又要具备良好的抗热腐蚀、抗氧化、抗磨损等性能。

目前，风扇叶片与压气机涡轮叶片大都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，而高温单晶涡轮叶片的叶尖尚无有效的防护。热喷涂技术是制备单晶涡轮叶片防护涂层的常用技术，虽然热喷涂技术易于实现以高沉积速率完成大面积涂层的生产，但热喷涂时会出现涂层/母材界面多为机械结合，且会出现界面污染等缺点。激光熔覆也是制备耐磨涂层一种常用技术，但对于这种与可磨耗封严涂层组成密封对的颗粒部分露出的叶尖耐磨涂层却少有研究。近几年，电火花沉积工艺也被应用于制备叶尖耐磨涂层，此工艺有着结合强度高、对母材影响小、颗粒分布易控制等优点，但其制备效率却有待提高，如公告号CN 111058039 A公开的一种基于火花放电的陶瓷颗粒种植工艺。脉冲电弧种植陶瓷颗粒制备叶尖耐磨涂层时，则需要制备特殊的焊丝，加工工序增加，如CN111468801A公开的一种精密脉冲电弧点焊陶瓷颗粒种植1方法、CN 112296481 A公开的一种颗粒混合粉芯焊丝脉冲电弧颗粒种植方法。因此，叶尖耐磨涂层的制备仍然处于不断的技术探索之中。钎涂技术以其独特的优势开始在耐磨涂层领域快速发展，相比其他几种技术，钎涂技术制备的涂层具有与基体结合强度高、对基体热影响低、复杂零件适应性好、表面精度高等优点，而且钎涂法所制备的涂层厚度易于控制，可制备的涂层厚度范围大。常用的真空炉中钎涂周期较长，能耗较大。真空电子束钎涂是以电子束为热源，发射到样品上，采用扫描的方式将热源传递到所需要钎涂的表面上，实现样品的局部快速加热。相比常用的真空炉中钎涂，真空电子束钎涂的优点在于其在高温段的时间少，所以可以减少钎料对母材的危害；并且电子束的输入能量可以由电子束参数控制，扫描路径也可以轻易编辑。但利用电子束设备钎涂耐磨涂层时，涂层表面的耐磨颗粒以及部分钎料混合物会在电子束的冲击过程中分散到其他区域，无法在样品表面形成较好的涂层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，采用电火花颗粒种植制备叶尖耐磨涂层的效率较低，而采用真空炉中钎焊制备叶尖涂层时耗时较长的问题；电子束与涂层粉末的直接接触会由于冲击力导致涂层被破坏及颗粒被冲散的问题；所制备的叶尖耐磨涂层，外露部分的陶瓷颗粒会在涂层和金属薄板之间留出大量空隙，增大接触热阻，导致电子束的热量无法向下传递达到钎焊温度的问题；为解决上述问题，提出一种真空电子束钎焊单晶高温合金叶尖耐磨涂层的方法。

实现本发明方法的技术方案如下，一种真空电子束钎焊单晶高温合金叶尖耐磨涂层的方法，包括将待制备涂层的单晶高温合金块表面氧化层去除，清洗去油去杂质；所述方法还包括以下步骤：

（1）将MCrAlYX粉末与镍基高温钎料粉末分别与水性有机粘结剂混合制成“粉末面团”，采用特定厚度模具将“粉末面团”分别压制成薄片状；按两层均匀涂覆于单晶高温合金块表面，上层为镍基高温钎料薄片，下层为MCrAlYX薄片，形成涂层；其中M= Ni, Co，X=Ta，Hf，Si；

（2）将表面金属化的陶瓷颗粒按排布需求嵌入涂层，颗粒外露出一定高度，组装成叶尖耐磨涂层原始形态；随后对涂层样品进行干燥和脱脂烧结。