一种防钛火涂层制造技术

本发明专利技术公开了一种防钛火涂层，选用连续薄带状Ti‑37.5Zr‑15Cu‑10Ni基非晶态合金作为钎料，硬质耐磨颗粒选用立方氮化硼CBN颗粒，在叶片尖预先置放薄带状钎料，使钎料包裹住需要涂覆防钛火涂层的叶片尖部，利用有机粘接剂与镀Ni的立方氮化硼CBN颗粒进行混合，然后均匀涂覆在钎料上；在真空环境中，利用中频感应线圈局部加热转子叶尖，使加热温度保持在840‑850℃一定时间，使钎料能完全熔化，待钎料在高真空环境下自然冷却后，形成防钛火涂层。本发明专利技术的防钛火涂层具有高硬度、高耐磨性、高抗冲击性、高抗温氧化性、高阻燃性，以及高结合强度，同时又不会影响基体自身的性能，保证了基体抗疲劳性能。

Titanium fire resistant coating

The invention discloses a fire retardant coating, the continuous thin strip Ti 37.5Zr 15Cu 10Ni amorphous alloy as filler metal, hard abrasive particles with cubic boron nitride CBN particles in the blade tip pre placed thin strip solder, the solder coated blade tip to live fire retardant coating coating, using organic the adhesive is mixed with cubic boron nitride particles coated with Ni CBN, and then evenly coated on the filler metal; in vacuum environment, the use of induction local heating coil rotor tip, the heating temperature is maintained at 840 DEG C 850 for a certain period of time, the solder can be completely melted solder natural cooling in high vacuum environment, the formation of fire retardant coating. With high hardness, high wear resistance, high impact resistance, high temperature oxidation resistance, high flame retardant fire retardant coating of the invention, and high bonding strength, but also does not affect the performance of the matrix itself, guarantee the anti fatigue properties of the matrix.

【技术实现步骤摘要】
一种防钛火涂层
本专利技术属于防钛火涂层
，具体涉及一种防钛火涂层。
技术介绍
钛合金具有强度高、密度小和高熔点等优点，因此广泛应用于航空燃气涡轮发动机的压气机机匣、转子盘、转子叶片等部件，以减轻发动机的重量，提高推重比。但普通钛合金在一定的温度、压力和气流速度下会发生燃烧，并且燃烧会迅速发生蔓延，损害发动机部件，从而制约了钛合金在飞机发动机上的应用。为进一步提升发动机效率，对燃烧室内机匣的密封性能提出了更高的要求。钛合金转子叶片在高温下高速旋转，由于热膨胀或自身质量产生的离心力使叶片伸长，当接触到机匣内壁的时候有发生钛火的危险。防钛火涂层有望解决上述问题，工作时涂层内硬质颗粒上大量的微切削刃刮削机匣内壁软质涂层，形成犁沟状沟痕，即起到很好的密封作用，又能避免钛火的发生。但是现有的防钛火涂层普遍存在着抗冲击性能差、或与基体结合弱，或显著降低基体疲劳性能等缺点，不能满足当前的需求，因此需要发展具有更高性能的涂层材料及制备技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于CBN颗粒的防钛火涂层。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种防钛火涂层，由钎料和镀Ni的立方氮化硼(CBN)颗粒组成，所述钎料选用连续薄带状Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni基非晶态合金，CBN颗粒与钎料的质量比为8:2至7:3；所述防钛火涂层涂覆在钛合金叶片尖部，钎料与钛合金叶片尖部表面结合，镀Ni的立方氮化硼(CBN)颗粒均匀固结在钎料中。在上述技术方案中，立方氮化硼CBN粉末含Niwt.30％。在上述技术方案中，钎料选用厚度为50μm的连续薄带状Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni基非晶态合金。在上述技术方案中，CBN颗粒与钎料的质量比优选为8:2。所述的防钛火涂层的制备步骤如下：1、对叶片尖端进行真空喷砂处理以去除其表面的氧化膜；2、在叶片尖预先置放薄带状钎料，使钎料包裹住需要涂覆防钛火涂层的叶片尖部，利用有机粘接剂与镀Ni的立方氮化硼CBN颗粒进行混合，然后均匀涂覆在钎料上；3、在大于或等于8×10-4Pa的高真空环境中，利用中频感应线圈局部加热转子叶尖，使加热温度保持在840-850℃一定时间，使钎料能完全熔化，钎料熔化后，与钛合金基体结合，同时CBN颗粒在表面吸附作用下，沉浸在钎料中，待钎料在高真空环境下自然冷却后，形成防钛火涂层。本专利技术的优点和有益效果为：1、立方氮化硼(CBN)是集许多优异性能于一身的多功能材料，其综合性能甚至超过金刚石，其具有高硬度、高热稳定性和高化学惰性。CBN颗粒成不规则的棱角形，表面有许多锐利的锋刃，可作为硬质耐磨相。本专利技术制备防钛火涂层的采用不同粒度的CBN颗粒与金属粘结相一起制备防钛火涂层，其中大颗粒起主要磨削作用，而小颗粒则用以强化涂层、提高硬度和抗冲击性，从而保证了防钛火涂层的高硬度、高耐磨性、高抗冲击性、高抗温氧化性和高阻燃性等。2、金属粘结相(即钎料)的选取需综合考虑如下要求：①熔点应低于钛合金基材的相变温度(钛基合金的本质决定了其金属粘结相工艺过程主要温度的局限性，此局限性是由于在所谓“β相变以上”，即高于关键的α←→β相变温度时，其组织和性能发生重要变化引起的。因此，在处理钛基合金叶片时要考虑到以上因素。按照室温下它们主要的组成相，可将钛合金基本分为三类：α和近α合金，α/β合金，及β合金。钛基合金与粘结相结合时，对每类钛合金的影响各不相同，其中尤为重要的是由钛基合金基体与粘结相反应后形成新相的本质，这种形成新相大多为脆性金属间化合物，如TixNiy和TixCuy，它们的形成对整个连接有着负面影响。因此，总的来说，在温度低于β相变温度时使粘结相融化，可保留并获得优良机械性能的钛合金防钛火涂层)；②与钛合金基材和CBN颗粒都具有良好的润湿性；③能够满足涂层机械强度的要求。本专利技术选用连续薄带状Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni基非晶态合金作为金属粘结相(即钎料)，这些非晶态均匀柔软的薄箔，有着优良的熔融和浸润特性，与钛合金基材有很好的兼容性，能以最小量准确地在叶片尖部预先放置钎料，可实现用粉末状或包层带状钎料达不到的钎焊接头机械性能；此合金的熔化温度约为840℃，低于大多数钛基材料的β相变温度，因此本专利技术的钛合金制备方法的制备温度在840℃-850℃之间，既可以保证钎料完全熔化，又在钛基材料的β相变温度之下，不会影响基体自身的性能(基体疲劳性能)，为能够获得优良机械性能的钛合金防钛火涂层做了有力保证。3、CBN颗粒对金属粘结相的润湿性不足，从而影响CBN颗粒与金属粘结相之间的粘结强度，因此为了能够获得高粘结性的防钛火涂层，需要对CBN颗粒表面进行处理，以改善CBN颗粒对金属粘结相的润湿性。本专利技术采用化学方法在CBN颗粒表面镀Ni(含Niwt.30％)，从而改善CBN颗粒对金属粘结相的润湿，大大增强了立方氮化硼CBN与金属粘结相之间的粘结强度。4、由于钛对氧亲和力大，具有强烈的氧化倾向，易在其表面生成一层坚韧稳定的氧化膜，该氧化膜脆性较大，影响金属结合相与钛合金基体的粘结性。因此本专利技术在制备涂层之前对叶片尖端进行真空喷砂处理以去除其表面的氧化膜(真空喷砂处理在去除其表面的氧化膜的同时还可以有效防止在喷砂过程中叶片尖端的氧化)，从而保证了金属结合相与钛合金基体的高粘结性。综上，同时结合试验表明：本专利技术的防钛火涂层具有高硬度、高耐磨性、高抗冲击性、高抗温氧化性、高阻燃性，以及高结合强度，同时又不会影响基体自身的性能，保证了基体抗疲劳性能。附图说明图1.1是实施例一中涂层磨损前的形貌。图1.2是实施例一中涂层磨损后的形貌。图1.3是实施例一中对磨副的磨痕形貌。图2.1是实施例二中涂层磨损前的形貌。图2.2是实施例二中涂层磨损后的形貌。图2.3是实施例二中对磨副的磨痕形貌。图3.1是实施例三中涂层磨损前的形貌。图3.2是实施例三中涂层磨损后的形貌。图3.3是实施例三中对磨副的磨痕形貌。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一：钛合金基材选用Ti60合金，钎料选用厚度为50μm的连续薄带状Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni基非晶态合金，硬质耐磨颗粒选用立方氮化硼CBN颗粒，并对立方氮化硼CBN颗粒进行化学镀Ni处理(含Niwt.30％)，CBN颗粒与钎料的质量比为：8:2首先在叶片尖预先置放薄带状钎料，使钎料包裹住需要涂覆防钛火涂层的叶片尖部，利用有机粘接剂与镀Ni的立方氮化硼CBN颗粒混合(体积比1:10)，然后均匀涂覆在钎料上(利用有机粘接剂与CBN颗粒混合，可以避免装炉和抽真空时，粉末颗粒的下落和流失，且在高温下有机粘接剂将逐渐挥发掉)；在大于或等于8×10-4Pa的高真空环境中(钛在高温环境中，会吸收O，N，H使合金塑性、韧性急剧下降，所以制备涂层的加热过程必须在真空下进行)，利用中频感应线圈局部加热转子叶尖(线圈的尺寸和形状可根据叶尖的外形进行设计)，使加热温度保持在850℃，并保持5秒(在加热过程中利用红外测温装置对转子叶尖进行温度监控，当温度升至预设值，自动停止感应加热，防止温度过高对基材有不利影响，在短暂冷却后，当温度低于设定低温阈值时，再次进行加热，以使温度维持在指定温度)，保证钎料能完全熔化(钎料熔化后，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防钛火涂层，其特征在于：由钎料和镀Ni的立方氮化硼(CBN)颗粒组成，所述钎料选用连续薄带状Ti‑37.5Zr‑15Cu‑10Ni基非晶态合金，CBN颗粒与钎料的质量比为8:2至7:3；所述防钛火涂层涂覆在钛合金叶片尖部，钎料与钛合金叶片尖部表面结合，镀Ni的立方氮化硼(CBN)颗粒均匀固结在钎料中。

【技术特征摘要】
1.一种防钛火涂层，其特征在于：由钎料和镀Ni的立方氮化硼(CBN)颗粒组成，所述钎料选用连续薄带状Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni基非晶态合金，CBN颗粒与钎料的质量比为8:2至7:3；所述防钛火涂层涂覆在钛合金叶片尖部，钎料与钛合金叶片尖部表面结合，镀Ni的立方氮化硼(CBN)颗粒均匀固结在钎料中。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁钢，刘艳梅，戚厚军，李彤，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12