[发明专利]一种涡轮叶片复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种涡轮叶片复合涂层的制备方法，采用真空电弧镀和气相渗铝组合工艺制备一种复合涂层，该复合涂层先采用真空电弧镀在高温合金表面制成离子镀涂层，再将涂层进行气相渗铝处理，所制得的复合涂层组织与基体结合更紧密，厚度增厚不易脱落，在高温氧化时能够形成连续、致密的α‑Al2O3氧化物层，从而避免了涂层局部脱落等问题，从而阻止涂层和基体的进一步被氧化，气相渗铝过程中，在风扇的搅拌作用下，渗金属气流被迫从叶片气冷内腔流过，从而复杂空心内腔能够获得一定厚度的渗层，提高了基体的抗高温氧化及抗热腐蚀性能，涂层组织致密、结构稳定，与基体结合力强，可用于航空发动机、舰船发动机等高温合金涡轮叶片的高温防护。

技术领域

本发明涉及发动机涡轮叶片气相沉积制备技术领域，具体涉及一种涡轮叶片复合涂层及其制备方法。

背景技术

发动机涡轮叶片涂层采用离子镀制备，离子镀涂层的涡轮叶片在加工过程中或长时间使用后，因种种原因导致叶片出现局部涂层起皮、局部涂层脱落、厚度减薄等问题，尤其是涂层厚度超过0.025mm，涂层脱落现象更明显。对于此类问题，会导致大量叶片需修理和替换。由于涡轮叶片材料昂贵，制造工艺复杂，采取全部去除涂层或部分去除涂层进行修理，不但造成资金的浪费，重新涂覆涂层的工艺方法或叶片的修理和替换，也会制约发动机的使用寿命及可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮叶片复合涂层及其制备方法，以克服多弧离子镀涂层的局部起皮、局部脱落、减薄的问题，本发明制备的复合涂层厚度可超过0.040mm，且涂层与基体结合力好，不易脱落。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涡轮叶片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、采用真空电弧镀在涡轮叶片表面制成离子镀涂层；

步骤2)、将表面形成离子镀涂层的涡轮叶片进行气相渗铝处理，即可得到涡轮叶片复合涂层。

一种涡轮叶片复合涂层，包括涡轮叶片表面涂层和涡轮叶片内腔渗层，涡轮叶片表面涂层厚度为0.25-0.7mm；涡轮叶片内腔渗层深度0.005～0.018mm，内腔渗层表层铝元素含量15～20％。

进一步的，步骤1)中，在涡轮叶片表面制成离子镀涂层前，首先对涡轮叶片表面进行清洗除油，除油后采用氧化铝砂对涡轮叶片进行湿吹砂清理并吹干，对吹干后的涡轮叶片进行超声波清理后用惰性气体吹干，然后在涡轮叶片表面制成离子镀涂层。

进一步的，步骤1)中，采用酒精或丙酮对涡轮叶片进行清洗除油；除油后采用氧化铝砂对涡轮叶片进行湿吹砂清理，然后用干净水将涡轮叶片冲洗干净并用干净的压缩空气吹干。

进一步的，步骤1)中，氧化铝砂粒径为120～220目。

进一步的，步骤1)中，用丙酮作为清洗剂，将吹干后的涡轮叶片进行超声波清洗，清洗时间为10′～30′；惰性气体为氩气。

进一步的，步骤1)中，采用离子镀对涡轮叶片表面进行离子镀涂层处理,涂层后用无油污干净的白纸将叶片包裹保护以防外来物污染。

进一步的，步骤2)中，采用镍箔将表面形成离子镀涂层的涡轮叶片榫齿部位进行保护处理。

进一步的，步骤2)中，将表面形成离子镀涂层的涡轮叶片装在带导流筒的气渗炉内，对炉子抽真空使其保持负压，向炉内充惰性气体，继续抽真空使炉内空气置换排除，对气渗炉内进行加热至900～980℃后，在900～980℃下保持4～8小时，同时开启风扇搅拌，采用渗铝渗剂，使气渗炉内反应气体通过导流筒流过表面形成离子镀涂层的涡轮叶片表面及内腔，对表面形成离子镀涂层的涡轮叶片进行气相渗铝处理，即可得到涡轮叶片复合涂层。

进一步的，步骤2)中的渗铝渗剂包括以下组分，按质量比计：铁铝合金粉：铝粉：氯化铵为(92～96％)：(3～6％)：(1～5％)。