一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括：零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理；其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％。采用该方法制备的热障涂层可以满足航空发动机、燃气轮机、内燃机的热端部件的使用需求，提高热端部件的工作温度和使用寿命。

A preparation method of thermal barrier coatings for the hot end parts of an aero engine

The invention provides a preparation method of aero-engine hot end components of thermal barrier coating, which is characterized in that the preparation of thermal barrier coating in Aeroengine hot end components on the plasma spraying method, the process includes: parts degreasing, blowing sand before protection, powder drying parts, plasma spraying, blowing sand, among them, cleaning; plasma spraying powder used in the process of high purity yttria stabilized zirconia ceramic powder, monoclinic ZrO2 mass fraction of this powder is less than 0.5%, the mass fraction of impurities is less than 0.05%. The thermal barrier coating prepared by this method can meet the needs of the hot end parts of aero engines, gas turbines and internal combustion engines, and improve the working temperature and service life of hot end components.

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法
本专利技术属于航空发动机制造技术，特别提供一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法。
技术介绍
随着航空发动机推重比的提高，航空发动机热端部件需要承受的温度也越来越高，使其容易被烧蚀或发生变形失效。航空发动机高压涡轮导向叶片、高压涡轮工作叶片、低压涡轮导向叶片、低压涡轮工作叶片等热端部件需要采用热障涂层来进行保护才能正常工作。目前广泛使用氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末(ZrO2·Y2O3)，由于粉末原材料中通常含有单斜相ZrO2和杂质(Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等)，在一定温度下单斜相ZrO2会发生相变并伴随着体积的变化，影响涂层的使用寿命。本专利技术针对一种高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末(单斜相ZrO2质量分数小于0.5％、杂质Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2质量分数小于0.05％)开发一种等离子制备热障涂层的方法。通过该方法可以制备性能优异的高纯氧化钇稳定氧化锆热障涂层，由于粉末原材料中单斜相ZrO2含量低、杂质Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2含量少，制备的热障涂层结构均匀、组织稳定，不仅可使金属热端部件承受较高的使用温度，还具备更长的使用寿命，同时可以作为燃气轮机和高性能的内燃机的热端部件的热障涂层，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，采用该方法制备的热障涂层可以满足航空发动机、燃气轮机、内燃机的热端部件的使用需求，提高热端部件的工作温度和使用寿命。本专利技术技术方案如下：一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括：零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理；其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％，所述杂质为Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等之一种或多种。本专利技术选用高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末制备的涂层，其显微组织、拉伸结合强度、弯曲性能、抗热震性能均满足航空发动机的使用需求。作为优选的技术方案，所述粉末的粒度组成如下：直径-90～+37μm范围内的粉末颗粒质量分数大于99％，直径+90μm的粉末颗粒质量分数为0，直径-37μm的粉末颗粒质量分数小于1％。本专利技术所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：喷涂涂层前，需对零件进行除油处理，零件除油采用丙酮或者汽油浸洗。随后进行零件吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护。本专利技术需对等离子喷涂的粉末进行烘干处理，烘干温度为70-90℃，烘干时间为50min-70min。之后进行零件吹砂，活化和粗化零件带喷涂区域的表面，采用40目～80目氧化铝砂，吹砂压力在0.1MPa-0.3MPa。最后进行等离子喷涂，等离子喷涂参数为：电流550A-750A，氩气流量为50L/min-70L/min，氢气流量为5L/min-10L/min，送粉速率为30g/min-50g/min，喷涂距离为90mm-120mm，喷涂角度为75°-90°。喷涂结束后，去除保护胶带或者拆卸保护工装。采用本专利技术所述方法制备的热障涂层具有较高的拉伸结合强度和耐冲蚀能力，并且由于粉末纯度较高，其涂层组织更为稳定，具有更高的使用寿命。可广泛应用于航空发动机、燃气轮机、内燃机的热端部件，使其工作温度可以达到1100℃，提高发动机推重比和零件使用寿命。一级涡轮叶片表面涂上该陶瓷热障涂层后，可使冷却空气流量减少50％，比油耗减少1～2％，叶片寿命提高数倍。具体实施方式本专利技术实施例中均采用高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等杂质质量分数小于0.05％。所述粉末的粒度组成如下：直径-90～+37μm范围内的粉末颗粒质量分数大于99％，直径+90μm的粉末颗粒质量分数为0，直径-37μm的粉末颗粒质量分数小于1％。实施例1一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，具体工艺步骤如下：步骤1：对零件或试样进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；步骤2：对零件或试样不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护；步骤3：对高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行烘干处理，烘干温度为70℃，烘干时间为60min；步骤4：对零件或试样喷涂区域进行吹砂，采用40目氧化铝砂，吹砂压力为0.2MPa；步骤5：对零件或试样需要喷涂区域进行等离子喷涂高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，具体参数为电流650A，氩气流量为55L/min，氢气流量为5L/Min，送粉速率为40g/min，喷涂距离为90mm，喷涂角度为90°；步骤6：喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件或试样表面的污物。实施例2步骤1：对零件或试样进行除油处理，采用丙酮擦拭零件或试样喷涂区域，去除油污和杂物；步骤2：对零件或试样不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护；步骤3：对高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行烘干处理，烘干温度为90℃，烘干时间为50min；步骤4：对零件喷涂区域进行吹砂，采用60目氧化铝砂，吹砂压力为0.25MPa，；步骤5：对零件或试样需要喷涂区域进行进行等离子喷涂高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，具体参数为电流600A，氩气流量为60L/min，氢气流量为8L/Min，送粉速率为45g/min，喷涂距离为100mm，喷涂角度为90°；步骤6：喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件或试样表面的污物。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理，其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％。

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理，其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％。2.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：所述杂质为Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2之一种或多种。3.按照权利要求1或2所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于，所述粉末的粒度组成如下：直径-90～+37μm范围内的粉末颗粒质量分数大于99％，直径+90μm的粉末颗粒质量分数为0，直径-37μm的粉末颗粒质量分数小于1％。4.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦国强，王璐，张春刚，张佳平，袁福河，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21