[发明专利]在燃气涡轮叶片上形成磨料叶尖的方法

说明书

在燃气涡轮发动机工作过程中，希望在其涡轮叶片的尖部与相应的密封件之间保持最小的间隙，如果该间隙大，就会降低涡轮的效率，因为含高能量的气体漏泄了。相反地，叶片与相应密封件之间的摩擦又会引起零件过度磨损并浪费能量。由于航空涡轮在工作过程中要经历周期性变化的机械负荷和热负荷，所以在工作循环的不同阶段它们的零件几何形状会发生变化。因此在装配时不能调定所需的最小间隙。当前，通过活动地控制间隙并采用带磨料的叶片尖部，以便在工作过程中形成并保持最佳的间隙。采用带磨料的叶尖可使叶片在发动机最初的几个工作循环中切出它们自己的密封运行轨迹，最好是，这些叶尖在许多工作循环中保持它们的切割行为，以补偿涡轮几何形状的任何渐进变化。上述的叶片尖部通常含有埋入一种合适的抗氧化的合金基体如MCrALY(其中M代表Ni和Co中的一种或两种)内的磨料粒相例如CBN(立方氮化硼)、带涂层的Sic(碳化硅)或其他的硬陶瓷相。

在现有技术中已有各种对底金属涂敷磨料层的方法。美国专利No．4249913公开了一种在通过扩散焊、液相焊或钎焊与涡轮叶片尖部连接的合金中弥散分布的涂覆氧化铝的碳化硅磨料粒。美国专利No．4610698公开了一种综合采用烧结、等离子弧喷涂、热等静压和化学蚀刻工艺形成的磨料表面。美国专利No．4227703公开了一种工艺，该工艺是先将一种不连续的成形合金连接在叶尖上，然后在该合金上夹带磨料颗粒，再通过电沉积法涂敷一层含Cr、Co和Ni的基体。

最近，美国专利No．5076897公开了一种方法，其特征在于，先通过电沉积法涂敷一层MCrALY连接层，再通过复合电沉积法将磨料颗粒固定在连接层上，然后在磨料颗粒周围电镀沉积一种充填物。该方法的诱人之处是其成本低且制造简单，但是，这种带磨料的叶尖的问题在于机械强度低，这主要是由于电镀的基体以及该基体与叶片本体合金的界面比较薄弱之故。

因此，本发明的目的是提供一种涂敷耐久的磨料层的低成本的方法，该方法可使底金属与磨料层之间具有高的连接强度。

本说明书的附图如下：

附图简述

图1示出固定在模子内的燃气涡轮叶片；

图2示出安置在夹具底座上的一组叶片；

图3示出点固磨料用的夹具及其阳极组；

图4示出填充式电镀用的夹具；

图5简单示出附着在底金属表面的磨料层在最终热处理前的组织结构；

图6简单示出磨料层最终热处理后的组织结构。

                     发明概述

简要地说，本发明提出一种在底金属表面上形成一种磨料层的工艺，该工艺包含：先用纸压等离子喷涂法在底金属的表面上涂敷一层连接层；再用电镀法将磨料粒固定到上述连接层上；然后用填充式电镀法使上述磨料粒埋入一种抗氧化的金属基体内。更具体地说，在底金属上形成磨料层的方法是：先用纸压等离子喷涂法在底金属表面上喷涂一层M₁CrAlX₁连接层，其中M₁是Ni和Co中的一种或两种，X₁是Hf和Y中的一种或两种；再用电镀法从电镀槽中含有磨料粒的电镀液将磨料粒固定到上述连接层上；然后用填充式电镀法从电镀槽中含有CrAlX₂或M₂CrAlX₂粉末的电镀液使CrAlX₂或M₂CrAlX₂粉末填充在磨料粒周围，其中M₂是Ni和Co中的一种或两种，X₂是Hf和Y中的一种或两种。本发明公开了一种改进的电镀工艺和一种改进的磨料涂覆的底金属。

                     发明详述

本发明的方法引入了几项主要的改进：(ⅰ)低压等离子喷涂(LLPS)，用于沉积一层用作本体合金与电镀的尖部基体之间的过渡层并显著提高尖部的机械强度的底层，该底层还可以在磨料完全磨损后对叶片提供最后的保护；(ⅱ)一种电镀装置，该装置具有一套可在电镀时使粉末以均匀的状态有效地悬浮在每个叶片周围的独立的电镀格栅；(ⅲ)借助于化学表面活性剂悬浮在电镀槽内的高浓度的金属粉末；(ⅳ)叶片仅仅部分地浸入少量的电镀液中，从而避免了不希望有的有关溶液进入叶片内通道的问题；(ⅴ)高频换向-脉冲电镀，此法可以在比现有技术高得多的速度下稠密而均匀地填充高体积百分数的粉末。