用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法技术

本发明专利技术属于微型涡喷发动机领域，具体是一种用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法。它包括对静子件的有机溶剂除油、低压吹砂、等离子喷涂底层以及喷涂镍石墨。本发明专利技术的优点是有效控制微型涡喷发动机运转间隙，减少发动机作功介质的泄漏、提高机械的运行效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微型涡喷发动机领域，具体是一种用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法。
技术介绍
微型涡喷发动机一般是指直径6-20厘米，推力5～1000N范围内的发动机，是推进动力和能源系统研究的新领域。近年来，由于军事及民用的大力需求而得以迅猛发展，各国政府和民间投入了大量人力、物力进行研究、开发。设计高性能、低成本和零维护的微型涡喷发动机是人们共同追求的目标。微型发动机运转间隙对效率、油耗的影响比常规发动机要大的多。研究叶尖泄漏对微型发动机转子部件的影响以及发展有效地减小微型发动机转子部件叶尖泄漏的技术成为提高微型发动机性能必须解决的一个关键问题。微型涡轮的效率明显低于常规尺度的涡轮。微涡轮效率一般约80％，而常规尺度的涡轮效率可到88％～91％。主要就是由于叶尖间隙泄漏损失是影响微涡轮效率提高的一个重要因素。由于尺寸缩小后加工和装配因素的影响，微型涡轮发动机实际工作时微涡轮叶尖间隙与叶高之比甚至达到10％，远大于常规尺度涡轮间隙比(1％～2％)。所以，叶尖间隙泄漏对微涡轮的影响显著大于常规尺度涡轮。此外，压气机的运转间隙过大，它的气动特性可能在发动机加速时遭到破坏，并引起喘振。为了提高发动机运行效率，增加使用寿命和降低油耗，改善工作稳定性，应尽量减少转子部件与静子之间的运动间隙。但是由于制造困难和部件在工作状态下的结构变形，间隙过小，则旋转中的动、静件之间有干涉摩擦的危险， 这不仅会损伤零件，而且会导致发动机运行的安全隐患。同时，由于微型涡轮发动机体积质量小，转速高，主轴较细，大多属于柔性转子系统。工作时转子会翘曲，并在不同的转速范围，转子振型不同，这也常常会引起叶轮与导向器刮蹭。对于大型的发动机普遍采用蜂窝结构、粉末冶金、金属毡以及涂滑石层，甚至采用间隙控制技术进行间隙自动控制来以降低叶尖漏气。微型涡喷发动机由于自身低成本，高性能和零维护等特点，需要考虑降低成本，简化结构等因素的影响，无法采用与大型涡喷发动机相同的技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的是减少发动机作功介质的泄漏、提高机械的运行效率及可靠性的问题，提供了一种用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法。本专利技术提供了如下技术方案：用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法，它包括对静子件的有机溶剂除油、低压吹砂、等离子喷涂底层以及喷涂镍石墨，步骤a为有机溶剂除油，选用丙酮对静子件进行除油，待除油静子件干燥；步骤b为低压吹砂，用吹砂机对工件进行低压吹刚玉砂；步骤c为等离子喷涂底层，步骤b结束后两小时内用等离子喷涂设备在工件上喷涂镍包铝粉末形成底层，底层厚度在0.10-0.15mm；步骤d为喷涂镍石墨，用火焰喷涂设备在镍包铝涂层上喷涂镍石墨涂层。所述的干燥分为除油静子件晾干或用经油水分离处理过的压缩空气吹干。本专利技术的优点是有效控制微型涡喷发动机运转间隙，减少发动机作功介质 的泄漏、提高机械的运行效率。附图说明图1为微型涡喷发动机的结构示意图；图2为喷涂镍石墨的结构示意图；图3为图1的a部放大示意图；图4为图1的b部放大示意图；图5为喷涂镍石墨的相关数据表。具体实施方式如图1所示，微型涡喷发动机结构包括进气机匣1、双面离心压气机2、三维流线型扩压器3、中间机匣4、涡轮导向器5、涡轮6、排气尾锥7、尾喷管8、外罩壳9、燃烧室10、导流环11、转子轴12、进气整流器13、辅助支承14、左主轴承15、右主轴承16及启动电机17，如图3、图4所示，热喷涂封严塗层A、B分别涂覆在静子件2a、6a表面，图3中将热喷涂封严塗层运用于对离心压气机静子内壳面和叶轮外缘面之间间隙的控制，叶轮旋转时叶片外缘刮削封严塗层以得到最小运动间隙，封严塗层材料通常采用镍石墨、NiCrAI-膨润土等；图4中将热喷涂封严塗层运用于对涡轮导向器内表面和涡轮叶片外缘面之间间隙的控制，涡轮旋转时叶片外缘刮削封严塗层以得到最小运动间隙，封严塗层材料通常采用氮化硼陶瓷和钇稳氧化浩陶瓷等；还可以将热喷涂封严塗层运用于对转子轴蓖齿尖部和静子内表面之间间隙的控制，通过刮削封严塗层得到最小运动间隙，微型涡喷发动机相关运动间隙应控制在0.05-0.1mm之间。运动间隙控制到最小，可减少叶片压力面到吸力面的泄漏，降低泄漏涡强度。这样， 提高了发动机效率和工作稳定性。用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法，它包括对静子件的有机溶剂除油、低压吹砂、等离子喷涂底层以及喷涂镍石墨，步骤a为有机溶剂除油，选用丙酮对静子件进行除油，待除油静子件干燥，干燥分为除油静子件晾干或用经油水分离处理过的压缩空气吹干；步骤b为低压吹砂，用吹砂机对工件进行低压吹刚玉砂，吹砂后不允许赤手接触试件。为确保涂层与基体的结合力，防止灰尘、杂质等二次污染待喷涂界面，应严格控制吹砂至喷涂的时间间隔，通常控制在两小时以内；步骤c为等离子喷涂底层，步骤b结束后两小时内用等离子喷涂设备在工件上喷涂镍包铝粉末形成底层，其属于自粘结复合粉末，即在喷涂工艺过程中，能够发生化学反应，生成金属间化学物，并且释放大量热量，将基体表面加热到接近熔融状态，促进熔融颗粒与基体表面形成冶金结合的复合粉末材料，使用Ni-Al能提高涂层与基体之间的结合力，因此在喷涂镍石墨之前选用等离子喷涂设备在工件上喷涂镍包铝涂层，该涂层是自粘结性涂层，作为中间过渡涂层可以提高镍石墨层的涂层结合强度底层厚度在0.10-0.15mm；步骤d为喷涂镍石墨，如图2所示用火焰喷涂设备在镍包铝涂层m上喷涂镍石墨涂层，喷涂镍石墨的相关数据如图5所示，氧气燃料气体c、喷涂材料输送气体d以及喷涂材料粉末e同时进入喷枪通过喷嘴f形成火焰g喷到静子件坯件h的镍包铝涂层m上。封严塗层材料为镍石墨、NiCrAI-膨润土，氮化硼陶瓷和钇稳氧化浩陶瓷，发动机冷端封严塗层通常采用镍石墨及NiCrAI-膨润土材料，热端采用氮化硼陶瓷和钇稳氧化浩陶瓷材料，镍石墨涂层属于低温可磨耗封严涂层，通常硬度为 35-45HR15Y，结合力良好，主要应用在发动机的冷端，工作温度在摄氏450度以下。由于镍石墨粉末熔点较低，采用相对低成本的火焰喷涂技术，制备有一定孔隙率及氧化物含量的涂层，可满足技术指标要求 。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法，它包括对静子件的有机溶剂除油、低压吹砂、等离子喷涂底层以及喷涂镍石墨，其特征在于：步骤a为有机溶剂除油，选用丙酮对静子件进行除油，待除油静子件干燥；步骤b为低压吹砂，用吹砂机对工件进行低压吹刚玉砂；步骤c为等离子喷涂底层，步骤b结束后两小时内用等离子喷涂设备在工件上喷涂镍包铝粉末形成底层，底层厚度在0.10‑0.15mm；步骤d为喷涂镍石墨，用火焰喷涂设备在镍包铝涂层上喷涂镍石墨涂层。

【技术特征摘要】
1.用于控制微型涡喷发动机运转间隙的热喷涂封严塗层加工方法，它包括
对静子件的有机溶剂除油、低压吹砂、等离子喷涂底层以及喷涂镍石墨，其特
征在于：
步骤a为有机溶剂除油，选用丙酮对静子件进行除油，待除油静子件干燥；
步骤b为低压吹砂，用吹砂机对工件进行低压吹刚玉砂；
步骤c为等离子喷涂底层，步骤b结束后两小时内用等...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐云冰，章景初，何进，
申请(专利权)人：常州环能涡轮动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32