一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法技术

本发明专利技术属于航空发动机技术领域，特别是涉及一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，适用于热喷涂可磨耗封严涂层刮削性能的测定。该方法的流程为：涂层制备→测量、称重→安装叶片试样→零位标定→设置试验参数→进行刮削试验→结果分析及评价。利用本发明专利技术研制成果，对三种中低温段封严涂层：AHB(铝/氮化硼)，Metco601(铝硅聚苯脂)和Metco307(镍石墨)涂层的材料与配副刮削的摩擦磨损行为进行研究，制定了可磨耗封严涂层可刮削性能判据，确定了刮削力评价、磨痕表面形貌及其成份分析、磨痕截面形貌及其成份分析等3项定性准则，以及叶片高度磨损比值、叶片涂层质量磨损比、磨痕长度比和粘附比等4项定量准则。

A test and evaluation method for scraping performance of sealing coating

The invention belongs to the technical field of aero - engine, in particular to a method for detecting and evaluating the scraping performance of a sealing coating, which is suitable for the determination of the scraping performance of a thermal sprayed sealing coating. The process of this method is: coating preparation, measurement, weighing, installing blade specimen, zero position calibration, setting test parameter, scraping test, result analysis and evaluation. With the development results of the invention, the friction and wear behavior of three medium and low temperature sealing coatings, AHB (aluminum / boron nitride), Metco601 (Al Si polyphenyl grease) and Metco307 (nickel graphite) coating, was studied. The criterion of the scratch resistance of the wearable sealing coating was established, the evaluation of the scraping force and the surface morphology of the grinding mark were determined. 3 qualitative criteria, such as composition analysis, cross section morphology and composition analysis, as well as 4 quantitative criteria, such as the ratio of the height of the blade, the wear ratio of the blade coating, the length ratio of the wear mark and the adhesion ratio, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法
本专利技术属于航空发动机
，特别是涉及一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，适用于热喷涂可磨耗封严涂层刮削性能的测定。
技术介绍
大推力、高效率、低油耗已成为发动机设计和制造的总体目标，为提高发动机效率、延长使用寿命和降低油耗，应当尽量减少转子与静子之间的运转间隙，而气路密封技术就是高性能发动机研制的关键技术之一。目前先进航空发动机的叶片与机匣之间气路密封多采用可磨耗封严涂层技术，封严涂层具有易制造、投资少、成本低、安全可靠并且易翻修更换等优点，是最为经济可靠和结构合理的先进制造技术。我国对气路密封技术的应用还处在初级阶段，对于封严材料、封严涂层的设计、制备、应用等多处于参考模仿阶段，尤其是其对服役条件、运行规律、使役性能、磨损机制的认识相当不足，正是由于封严涂层本身结构的复杂性(基体、第二相、孔隙相)、应用环境的特殊性(高速、变载、高温)和磨损机理的多样性，它们的磨损行为研究和性能评价成为一大难点，至今尚没有标准的试验方法和有效的评价判据。由于缺乏对封严涂层与对偶件匹配性(可刮削性、可磨耗性、相容性)的重要性认识、缺乏能够对涂层刮削性能进行综合表征的标准，这就造成在工程实践中，气路密封配副在发动机服役过程中出现大量问题，引起封严效果失效。所以，迫切需要能够模拟发动机工况的刮削式摩擦磨损综合性能试验机来进行封严涂层刮削性能测试，并建立封严涂层可刮削性能评价方法。综合评价体系的建立将有助于对可磨耗封严涂层本征性能和使役性能的综合认识，对于发展高温摩擦学、新型复合材料具有理论意义，对于提高航空发动机效率，促进航空工业发展具有现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，可以做为航空发动机气路密封封严涂层体系及配副高速(叶尖线速度：最大可达450m/s)刮擦试验及刮削性能评价的指导依据。本专利技术的技术方案是：一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，其流程为：涂层制备→测量、称重→安装叶片试样→零位标定→设置试验参数→进行刮削试验→结果分析及评价。所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，试样制备具体如下：(1)涂层试样的制备1)涂层试样尺寸涂层试样材料选择实际工况中使用的基体材料，试样尺寸为76×40×4mm，在其上喷涂厚度1.5mm～3.0mm的封严涂层；2)涂层试样表面状态涂层试样表面状态对试验结果有影响，这种影响通常与试样表面粗糙度和污染物的引入有关；涂层试样表面状态用平均粗糙度定量化，手工依次由粗到细的在各号砂纸上磨制，在各种试验条件下涂层试样的平均表面粗糙度值Ra应小于5μm，磨制后的涂层厚度不小于1.5mm；涂层试样表面应尽量清洁、无污染物，将制备好的涂层试样用洁净的压缩空气吹除表面残余的颗粒；(2)模拟叶片试样1)模拟叶片试样尺寸模拟叶片的尺寸要求，其中叶尖厚度对试验结果有重要影响，应根据实际叶片叶尖的厚度选择模拟叶片叶尖的厚度，常用厚度为：0.7mm、1.0mm、2.0mm；2)轮盘动平衡校准为了保证试验机轮盘在加速及高速转动过程中的稳定安全，需要对其进行动平衡的校准，叶片试样的质量需根据配重块质量的差异进行表面修刮调整；3)模拟叶片表面状态模拟叶片表面应清洁、无污染物，将制备好的叶片试样利用丙酮溶液在超声波振动清洗表面污垢和油渍。所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，设置试验参数和进行刮削试验具体如下：(1)测量、称重对涂层试样和叶片试样称重、测量叶尖高度并记录；(2)安装试样1)安装涂层试样涂层试样夹持在试验台的夹持工装中，确认牢固；2)安装叶片试样将叶片试样装卡在轮盘上面对应位置装卡平衡配重；3)零位标定为了确定进给原点，通过零位标定进给，使进给位移量精确达到预设值；4)设置试验参数根据试验要求在设备控制软件中设置刮削线速度、进给速率、刮削深度及温度参数：温度：500℃；叶尖刮削线速度：250m/s～350m/s；进给速率：10μm/s～20μm/s；刮削深度：500μm；5)进行刮削试验依次开启加热系统，动力系统，待温度和转速达到预设值后，开启进给系统，以额定速度刮削，待进给深度达到预设值后，试验完毕，进给平台退出，关闭加热系统；刮削过程中，线速度在250m/s～350m/s范围内，动力系统中转盘转速为16000～23000r/min，刮削力范围为5N～20N。所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，定性评价方法如下：1)刮削力评价采用试验过程中刮削力的分布分析涂层可磨耗性，刮削过程中刮削力分布越均匀，表明涂层成分分布和组织越均匀，涂层可磨耗性能越优越；2)磨痕表面形貌及其成分a)宏观形貌采用立体显微镜对可磨耗试验前后涂层试样和叶片试样的表面宏观形貌进行观察，并对涂层的正面、叶片的正面和侧面分别拍摄1：1和20：1的照片；试验后涂层刮削面颜色与未刮削面颜色越接近，涂层和叶片沟壑越浅，涂层的可磨耗性越好；b)微观形貌采用SEM、XRD对试验前后涂层试样和叶片试样的表面形貌及涂层成分的变化进行具体可行的微观组织分析，是否有物质的转移、新相的生成及相的分布情况，用于磨损机理的研究；c)三维形貌采用三维非接触式光学表面轮廓仪对可磨耗试验前后涂层试样和叶片试样进行观察，磨痕轮廓变化量越小涂层的可刮削性越好；3)磨痕截面形貌及其成分采用SEM、XRD对试验前后涂层试样和叶片试样的截面形貌及涂层成分的变化进行具体可行的微观组织分析，通过对磨痕截面形貌和成分的分析，帮助了解在高速刮削过程中材料之间可能出现的物理、化学变化，并有助于判断叶片与涂层之间的相容性。所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，定量评价方法如下：1)叶片高度磨损比值IDR采用叶片磨损比值IDR评价涂层可磨耗性：IDR＝(h1-h2)/(D+h1-h2)IDR——叶片磨损比；h1——叶片刮削前高度mm；h2——叶片刮削后高度mm；D——涂层刮削深度mm；叶片磨损比的绝对值越小，可磨耗性能就越好；当以叶片磨损为主时，IDR为正值，当出现涂层材料黏附叶片时，IDR为负值；2)叶片涂层质量磨损比IQR采用叶片质量磨损比值IQR评价涂层可磨耗性：IQR＝(m1-m2)/(M1-M2)；IQR——叶片质量磨损比；m1——叶片刮削前质量g；m2——叶片刮削后质量g；M1——涂层刮削前质量g；M2——涂层刮削后质量g；对于同种涂层，在不同的刮削条件下，叶片质量磨损比越小，其在该条件下的可磨耗性能越优异；3)磨痕长度比L1:L0若叶片磨损、高度降低，则L1<L0；若发生涂层粘附、叶片增高，则L1>L0；4)粘附比适用于刮削模式为涂层向叶片粘附涂层的评价：粘附比＝(叶片上粘附涂层材料的质量/涂层失重)·100％粘附比越大，表明粘附到叶片表面的涂层材料占比越高，涂层的粘附程度越严重，可刮削性越差。所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，采用叶片磨损比值IDR评价涂层可磨耗性时，以IDR绝对值小于10％为优，在10～25％之间为良，大于40％为差。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术利用已研制成功的模拟发动机工况的刮削式试验机，选取目前航空发动机上已经成熟应用的封严涂层进行刮削性能检测，并制定评价方法。该技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，其特征在于，其流程为：涂层制备→测量、称重→安装叶片试样→零位标定→设置试验参数→进行刮削试验→结果分析及评价。

【技术特征摘要】
1.一种用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，其特征在于，其流程为：涂层制备→测量、称重→安装叶片试样→零位标定→设置试验参数→进行刮削试验→结果分析及评价。2.按照权利要求1所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，其特征在于，试样制备具体如下：(1)涂层试样的制备1)涂层试样尺寸涂层试样材料选择实际工况中使用的基体材料，试样尺寸为76×40×4mm，在其上喷涂厚度1.5mm～3.0mm的封严涂层；2)涂层试样表面状态涂层试样表面状态对试验结果有影响，这种影响通常与试样表面粗糙度和污染物的引入有关；涂层试样表面状态用平均粗糙度定量化，手工依次由粗到细的在各号砂纸上磨制，在各种试验条件下涂层试样的平均表面粗糙度值Ra应小于5μm，磨制后的涂层厚度不小于1.5mm；涂层试样表面应尽量清洁、无污染物，将制备好的涂层试样用洁净的压缩空气吹除表面残余的颗粒；(2)模拟叶片试样1)模拟叶片试样尺寸模拟叶片的尺寸要求，其中叶尖厚度对试验结果有重要影响，应根据实际叶片叶尖的厚度选择模拟叶片叶尖的厚度，常用厚度为：0.7mm、1.0mm、2.0mm；2)轮盘动平衡校准为了保证试验机轮盘在加速及高速转动过程中的稳定安全，需要对其进行动平衡的校准，叶片试样的质量需根据配重块质量的差异进行表面修刮调整；3)模拟叶片表面状态模拟叶片表面应清洁、无污染物，将制备好的叶片试样利用丙酮溶液在超声波振动清洗表面污垢和油渍。3.按照权利要求1所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，其特征在于，设置试验参数和进行刮削试验具体如下：(1)测量、称重对涂层试样和叶片试样称重、测量叶尖高度并记录；(2)安装试样1)安装涂层试样涂层试样夹持在试验台的夹持工装中，确认牢固；2)安装叶片试样将叶片试样装卡在轮盘上面对应位置装卡平衡配重；3)零位标定为了确定进给原点，通过零位标定进给，使进给位移量精确达到预设值；4)设置试验参数根据试验要求在设备控制软件中设置刮削线速度、进给速率、刮削深度及温度参数：温度：500℃；叶尖刮削线速度：250m/s～350m/s；进给速率：10μm/s～20μm/s；刮削深度：500μm；5)进行刮削试验依次开启加热系统，动力系统，待温度和转速达到预设值后，开启进给系统，以额定速度刮削，待进给深度达到预设值后，试验完毕，进给平台退出，关闭加热系统；刮削过程中，线速度在250m/s～350m/s范围内，动力系统中转盘转速为16000～23000r/min，刮削力范围为5N～20N。4.按照权利要求1所述的用于封严涂层可刮削性能检测及评价方法，其特征在于，定性评价方法如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳平，王璐，高禩洋，张春刚，宋佳，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21