[发明专利]一种高温可磨耗封严涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温表面防护技术，具体涉及一种高温可磨耗封严涂层的制备方法。 

背景技术

随着航空工业的日益发展，对航空发动机性能提出了越来越高的要求。减小压气机，涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术就成为了提高发动机效率和功率输出的关键技术之一。经过数十年的发展，目前国内外已经形成了较完备的封严涂层材料体系，在350～650℃的低温可磨耗封严涂层材料以AISi-聚苯脂、AISi-石墨、Ni-石墨为代表；在650～900℃的中温可磨耗封严涂层材料以NiCrAlY-BN/聚酯、NiCr-硅藻土、Ni-硅藻土为代表；在1000℃以上的高温可磨耗封严涂层材料较少，目前以YSZ-hBN-PE、HfO₂-(Y,Nb,Yb)₂O₃-hBN-PE等为代表。随着发动机进口温度的提高，具有更高使用温度的高温可磨耗封严涂层体系成为研究的热点。 

目前，国外已经公开了多种高温可磨耗涂层材料，有些如SM2395、SM2460、Durabrade 2192等已实现商品化。可磨耗涂层的寿命和可磨耗性是可磨耗涂层体系的关键，粘结层的氧化与组分热物性能的差异是造成可磨耗层寿命降低的关键，而涂层与基体的结合力、面层材料的高温稳定性及可磨耗面的层孔隙率是影响涂层可磨耗性的关键。目前使用的可磨耗封严涂层体系一般由粘结底层和可磨耗面层组成。长期高温服役过程中，由于粘结层金属氧化及涂层性能的不连续变化引起应力集中，从而导致涂层沿着热生长氧化物层（TGO）层内部或TGO与粘结层或可磨耗层的界面断裂而失效。另外使用过程中，涂层表面易于发生被动刮削，这就要求涂层与基体有较高的结合强度。 

发明内容

本发明目的在于提供一种能够降低粘结层的氧化速率、缓和各组分的性能差异、具有较高结合强度的高温可磨耗封严涂层的制备方法。本发明的技术解决方案是，高温可磨耗封严涂层包含粘结底层、阻氧层、隔热层及可磨耗面层，可磨耗面层由ZrO₂、聚酯、hBN组成，其中重量百分比为：ZrO₂ 80%～95%，聚酯5%～15%,hBN0.5%～5%，采用高能球磨法制备喷涂粉末待用；在对零件表面喷涂前，对工件表面进行吹砂预处理，然后，采用热喷涂工艺分别制备各涂层，（1）制备粘结底层，采用MCrAlY粉末或NiAl粉末，粉末粒径为15μm～89μm，（2）制备阻氧层，采用氧 化铝粉末，粒径为10μm～89μm，喷涂厚度为5～50μm，（3）制备隔热层，采用空心球形YSZ粉末，粒径为10μm～89μm，（4）制备可磨耗面层，可磨耗面层的粉末的粒径为5μm～74μm，喷涂厚度为200～3000μm，孔隙率不低于30%。 

所述的粘结底层和阻氧层采用爆炸喷涂制备，其中粘结底层MCrAlY粉末或NiAl粉末，粒径为15μm～89μm，燃料充枪量为10%～40%，氧燃比为1.0～1.60；阻氧层采用氧化铝粉末，粒径为10μm～89μm，燃料充枪量为50%～76%，氧燃比为1.60～2.50。 

所述的粘结底层和阻氧层利用爆炸喷涂技术制备，采用双路送粉系统、其中第一路送粉 

系统预装粘结底层MCrAlY粉末或NiAl粉末，粒径为15μm～89μm，燃料充枪量为燃料充枪量为10%～40%，氧燃比为1.0～1.60；第二路送粉系统预装阻氧层采用氧化铝粉末，粒径为10μm～89μm，燃料充枪量为50%～76%，氧燃比为1.20～2.50，调整第一路送粉系统与第二路送粉系统的喷枪点数的比例，第一路送粉系统与第二路送粉系统同时进行喷涂，其中第一路送粉系统的喷枪点数为 第二路送粉系统的喷枪点数为 式中N为总喷涂层数，n为当前喷涂层数，P为单层喷枪点数，斑点搭接率不低于30%，喷枪速度4～10次/秒。 

所述的隔热层及可磨耗面层采用等离子喷涂，工艺参数为：电流500A～800A，电压60V～80V，送粉速度30g/min～60g/min，其中可磨耗面层的孔隙率不低于30%。 

所述MCrAlY粉末和NiAl粉末中添加Pt或稀土元素。 

所述可磨耗面层中的ZrO2中添加稀土氧化物，ZrO2的质量百分数不低于50%。