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CN105568200A - 一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法 - Google Patents

一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法 Download PDF

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CN105568200A
CN105568200A CN201510829955.2A CN201510829955A CN105568200A CN 105568200 A CN105568200 A CN 105568200A CN 201510829955 A CN201510829955 A CN 201510829955A CN 105568200 A CN105568200 A CN 105568200A
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plasma spraying
powder
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付裕
王璐
康军卫
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Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
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Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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Abstract

本发明提供一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，属航空发动机技术领域。按照以下步骤进行：(1)对零件进行除油处理，(2)对零件不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，(3)对零件喷涂区域进行吹砂，采用80目刚玉砂，(4)对零件需要喷涂区域进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层，(5)喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件表面的污物检查涂层性能指标。采用本发明的技术进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层的性能优异、质量可靠、生产稳定。可以显著提高发动机磨损部件的使用寿命和发动机工作效率。

Description

一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法
技术领域
本发明航空发动机技术领域，具体涉及一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法。
背景技术
为提高航空发动机的效率、降低油耗，应尽量减少压气机、涡轮叶片叶尖与机匣之间的间隙。气路封严技术是提高发动机性能的重要手段。可磨耗封严涂层由于生产工艺简便返修及调整性能容易，封严效果好而得到应用，封严涂层大多由一定比例的金属相和具有自润滑作用的非金属的复合材料组成。涂层软，且有较多的孔隙，使叶尖容易刮削涂层贰不损伤叶片，有很好的可磨耗性；同时涂层还有一定的硬度，能抵抗发动机中高速气流及其固体粒子的冲刷，有较好的抗冲蚀性；此外涂层有较好的结合强度。
目前，国外已有二十几种用于发动机不同部位的可磨耗封严涂层粉末材料。国内主要从国外进口粉末，按提供的工艺参数进行喷涂，质量控制指标仅有硬度和结合强度。
发明内容
针对上述问题，本发明通过开发等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层技术，开发了适合于航空发动机气路封严的可磨耗封严涂层喷涂工艺。
一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，按照以下步骤进行：
(1)对零件进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
(2)对零件不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
(3)对零件喷涂区域进行吹砂，采用80目刚玉砂，吹砂压力为0.2MPa～0.4MPa；
(4)对零件需要喷涂区域进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层，具体参数为：电流320A～420A，氩气流量为45NLPM～70NLPM，氢气流量为3NLPM～7NLPM，送粉速率为20g/min-25g/min，喷涂距离为90mm～110mm，喷涂角度为75°-90°；
(5)喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件表面的污物检查涂层性能指标。
所述团聚型铝硅/聚苯酯中铝硅合金粉末和聚苯酯粉末的质量比为60：40。
本发明利用等离子喷涂设备对新型团聚型铝硅/聚苯酯进行了喷涂工艺试验，确定了新型团聚型铝硅/聚苯酯涂层的喷涂工艺参数，明确了该新型涂层的外观质量、涂层硬度、结合强度、显微组织、热震性能以及热稳定性能指标，研制的涂层性能可靠，可为应用于新型航空产品的研发和生产。
等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层的工艺是一项新开发的技术。涂层的可磨耗、封严性能明显高于常规的机械复合同类涂层，性能更加优异、质量可靠、生产稳定。按本专利生产的涂层工艺可靠，且适合批量生产。适用于航空发动机气路封严零部件的封严和抗磨损作用，极大地延长零部件的使用寿命和发动机工作效率，具有广泛的市场前景。
采用本发明的技术进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层的性能优异、质量可靠、生产稳定。可以显著提高发动机磨损部件的使用寿命和发动机工作效率。每件无该涂层的零部件的生产成本分别为5万左右，则按照年产量60台计算，提高零部件使用寿命一周期计算，每年喷涂该涂层至少可以节约生产成本约300万。
附图说明
图1为铝硅/聚苯酯粉末SEM照片，
图2为本发明研制的涂层工艺参数制备的铝硅/聚苯酯涂层金相照片。
具体实施方式
本发明所述的铝硅合金粉末、聚苯酯粉末为北京矿冶研究总院生产，其参数为表1、表2所述。本发明所述团聚型铝硅/聚苯酯为北京矿冶研究总院生产。铝硅合金粉末和聚苯酯粉末的质量比为60：40，采用有机粘接剂，通过团聚复合方式，形成一种复合粉末。团聚型铝硅/聚苯酯粉末SEM照片如图1所示，粉末为灰色，质量均一，无外来物，颗粒SEM形貌见。团聚型铝硅/聚苯酯粉末参数如表3所示。
表1铝硅合金粉末粒度、松装密度、化学成分测试结果
表2聚苯酯粉末的标准指标及实测结果
表3团聚型铝硅聚苯酯粉末的测试结果
铝硅/聚苯酯涂层喷涂工艺参数如表4所示：
表4铝硅聚苯酯涂层喷涂工艺参数
工艺参数范围
设备型号 UNICOAT
喷枪 F42 -->
电流(A) 320～420
Ar流量(NLPM) 45～70
H2流量(NLPM) 3～7
送粉气种类 Ar
送粉气流量(NLPM) 4.0
送粉量(g) 20～25g
喷涂距离(mm) 90～110
喷涂角度(°) 75～90
枪速(mm/s) 1000
步长(mm) 2.5
实施例1
一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，按照以下步骤进行：
(1)对零部进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
(2)对零件不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
(3)对零件喷涂区域进行吹砂，采用80目刚玉砂，吹砂压力为0.2MPa～0.4MPa；
(4)对零件需要喷涂区域进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层，具体参数为：电流400A，氩气流量为60NLPM，氢气流量为7NLPM，送粉速率为23g/min，喷涂距离为100mm，喷涂角度为80°；
(5)喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件表面的污物，检查涂层性能指标。
涂层工艺参数制备的铝硅聚苯酯涂层金相照片见图2；
对喷涂后的涂层的热稳定性能检测如表5所示；涂层的硬度试验结果如表6所示；结合强度试验结果如表7所示。由下述数据可以看出：涂层的性能指标满足封严类涂层的指标要求。
表5涂层热稳定性能
表6铝硅聚苯酯涂层的硬度试验结果
试样规格(mm) 涂层厚度(mm) 试验结果(HR15Y) 平均3 -->
40×20×2 2.0～2.5 64 65 63 69 67 65.6
表7铝硅聚苯酯涂层的结合强度试验结果
涂层总厚度(mm) 试验结果(MPa) 平均(MPa)
0.45～0.55 11.37 10.47 11.75 11.20
实施例2
一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，按照以下步骤进行：
(1)对零部进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
(2)对零件不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
(3)对零件喷涂区域进行吹砂，采用80目刚玉砂，吹砂压力为0.2MPa～0.4MPa；
(4)对零件需要喷涂区域进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层，具体参数为：电流380A，氩气流量为50NLPM，氢气流量为4NLPM，送粉速率为20g/min，喷涂距离为90mm，喷涂角度为75°；
(5)喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件表面的污物，检查涂层性能指标。
对喷涂后的涂层的热稳定性能检测如表8所示；涂层的硬度试验结果如表9所示；结合强度试验结果如表10所示。由下述数据可以看出：涂层的性能指标满足封严类涂层的指标要求。
表8涂层热稳定性能
表9铝硅聚苯酯涂层的硬度试验结果
试样规格(mm) 涂层厚度(mm) 试验结果(HR15Y) 平均
40×20×2 2.0～2.5 56 60 59 60 61 59.2
表10铝硅聚苯酯涂层的结合强度试验结果
涂层总厚度(mm) 试验结果(MPa) 平均(MPa)
0.45～0.55 10.27 7.19 9.49 9.88
实施例3
一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，按照以下步骤进行：
(1)对零部进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
(2)对零件不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
(3)对零件喷涂区域进行吹砂，采用80目刚玉砂，吹砂压力为0.2MPa～0.4MPa；
(4)对零件需要喷涂区域进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层，具体参数为：电流420A，氩气流量为70NLPM，氢气流量为6NLPM，送粉速率为25g/min，喷涂距离为110mm，喷涂角度为90°；
(5)喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件表面的污物，检查涂层性能指标。
对喷涂后的涂层的热稳定性能检测如表11所示；涂层的硬度试验结果如表12所示；结合强度试验结果如表13所示。由下述数据可以看出：涂层的性能指标满足封严类涂层的指标要求。
表11涂层热稳定性能
表12铝硅聚苯酯涂层的硬度试验结果
试样规格(mm) 涂层厚度(mm) 试验结果(HR15Y) 平均
40×20×2 2.0～2.5 65 70 71 64 69 67.8
表13铝硅聚苯酯涂层的结合强度试验结果
涂层总厚度(mm) 试验结果(MPa) 平均(MPa)
0.45～0.55 15.05 15.47 14.86 15.13

Claims (2)

1.一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)对零件进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
(2)对零件不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件非喷涂区域进行保护；
(3)对零件喷涂区域进行吹砂，采用80目刚玉砂，吹砂压力为0.2MPa～0.4MPa；
(4)对零件需要喷涂区域进行等离子喷涂团聚型铝硅/聚苯酯复合涂层，具体参数为：电流320A～420A，氩气流量为45NLPM～70NLPM，氢气流量为3NLPM～7NLPM，送粉速率为20g/min-25g/min，喷涂距离为90mm～110mm，喷涂角度为75°-90°；
(5)喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件表面的污物检查涂层性能指标。
2.根据权利要求1所述的一种团聚型复合粉等离子喷涂制备封严涂层的工艺方法，其特征在于所述团聚型铝硅/聚苯酯中铝硅合金粉末和聚苯酯粉末的质量比为60：40。
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