[发明专利]一种防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层及其制备方法，所述封严涂层综合防钛火涂层和可磨耗封严涂层两类涂层的性能需求，为三层结构体系，其中底层为0.10～0.20mm厚的NiCrAl涂层，中间层为0.20～0.30mm厚的纳米氧化锆涂层，面层1.50～3.00mm厚的AlSi/BN涂层，各涂层之间匹配性好，具有良好的隔热效果、硬度适中、可刮削性好、摩擦系数低，可满足钛合金压气机机匣450℃下使用需要。

技术领域

本发明属于涂层材料技术领域，特别提供一种防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法。

背景技术

钛合金因其机械强度高、密度小、耐热性好、抗腐蚀性优良，在航空发动机上得到了广泛应用，如压气机机匣、转子盘、转子叶片等均采为钛合金材料。但钛合金普遍存在致命的持续燃烧敏感问题，会导致“钛火”故障。“钛火”是指由于剧烈冲击或摩擦导致钛合金起火燃烧，进而造成损伤或烧毁的事件。

对于钛合金材料的压气机机匣，发动机运行过程中，转子叶片与机匣可能因为摩擦产生过热而导致“钛火”现象。为了保证钛合金机匣在使用过程中的安全可靠性，需要在零件基体表面沉积防钛火涂层。根据发动机工作原理，在压气机机匣内壁的涂层还应起到可磨耗封严的作用，减小叶片与机匣之间的间隙，提高发动机工作效率。所以钛合金机匣内壁需要研发兼具封严作用的防钛火涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层及其制备方法。该涂层综合防钛火涂层和可磨耗封严涂层两类涂层的性能需求，为三层结构体系，涂层之间匹配性好，具有良好的隔热效果、硬度适中、可刮削性好、摩擦系数低，可满足钛合金压气机机匣450℃下使用需要。

本发明技术方案如下：

一种防钛火可磨耗封严涂层，其特征在于：所述封严涂层具有三层结构，其中底层为0.10～0.20mm厚的NiCrAl涂层，起到涂层与基体的粘结作用；中间层为0.20～0.30mm厚的纳米氧化锆涂层，发挥隔热、防钛火作用；面层1.50～3.00mm厚的AlSi/BN涂层，为可磨耗封严作用。

所述封严涂层硬度在45-70HR15Y范围内，拉伸结合强度大于8MPa，经450℃水冷循环次数不小于20次后，涂层与基体结合面无裂纹，涂层无掉块、剥落。

本发明所述防钛火可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，表面预处理：对零件喷涂区表面用丙酮进行除油处理后，对非喷涂区采用工装或压敏胶带保护并进行吹砂，吹砂风压为0.28～0.42MPa，吹砂距离为120～150mm，吹砂角度为60°～75°；

步骤2)，NiCrAl底层制备：采用等离子喷涂，电流为500～550A，氩气流量为45～55NLPM，氢气流量为9～13NLPM，送粉速率为30～40g/min，喷涂距离为115～145mm，喷涂角度为75～90°；

步骤3)，纳米氧化锆中间层制备：采用等离子喷涂，电流为630～670A，氩气流量为38～42NLPM，氢气流量为17～19NLPM，送粉速率为15～25g/min，喷涂距离为80～100mm，喷涂角度为75～90°；

步骤4)，AlSi/BN面层制备：采用等离子喷涂，电流为290～320A，氩气流量为65～75NLPM，氢气流量为3～7NLPM，送粉速率为35～45g/min，喷涂距离为100～120mm，喷涂角度为75～90°。

所述步骤2)中，NiCrAl底层所用粉末中主要化学成分及质量百分比为Ni≥70.0％，Al：4.5～7.5％，Cr：15.5～20.5％；粒度分布质量百分比为+150μm≤1％，-125～150μm≤10％，-45～125μm≥69％，-45μm≤20％。