一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法，该涂层的特征为硬质陶瓷颗粒呈锯齿状平行排列并通过粘结合金结合在叶尖端面上；颗粒距离叶尖端面最远的棱边与叶尖端面夹角不超过30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角大于60°，形成的涂层硬质陶瓷颗粒外表面整体平整、硬质陶瓷颗粒棱边突出、与叶尖端面结合牢固。本发明专利技术通过改变涂层中硬质陶瓷颗粒的位相角度，可以使得涂层外表面硬质陶瓷颗粒的棱边更加突出，切削性能更加良好，从而使得叶尖涂层整体具有良好的切削性能，硬质陶瓷颗粒与叶尖结合牢固保证切削过程中涂层不易脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法
本专利技术属于材料表面改性和涂层
，涉及一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法。
技术介绍
高性能航空发动机对效率和安全性都有更高的要求，大推力、高效率、低油耗是发动机设计制造的总体目标。研究表明，采用气路封严技术能够很好地提高发动机性能。实验表明，发动机高压涡轮的叶尖间隙每减少0.254mm，涡轮效率可提高约1％。而间隙过小时，发动机运行过程中旋转中的动子和静子有干涉摩擦的危险，对发动机叶尖造成严重损伤。因此，常采用封严技术达到提高效率、保护叶尖的目的。即在发动机机匣内壁制备一层可磨耗封严涂层，在叶尖制备一层耐磨涂层，两种涂层相互配合形成合适间隙。目前，在可磨耗封严体系的研究较为成熟，而在叶尖耐磨涂层方面的研究较少，仍处于起步阶段。叶尖耐磨涂层常采用金属基陶瓷复合材料，金属基相与叶尖易形成良好结合，陶瓷作为增强相可提高涂层耐磨性。叶尖涂层在服役过程中除具备较高的硬度即耐磨性外，还需要有良好的切削作用，但是目前，叶尖耐磨涂层的常用制备方法为激光熔覆技术和电镀方法，虽然用两种方法制备出的叶尖涂层都具有良好的耐磨性，但由于硬质颗粒形状较为复杂，制备出的涂层外表面参差不齐，颗粒裸露的部分形态多种多样，导致与机匣碰摩时切削性能很差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开的一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，包括叶尖基层和设置在其上表面的粘结合金层，在粘结合金层上密布若干硬质陶瓷颗粒；硬质陶瓷颗粒在叶片厚度方向的颗粒棱边外露呈现锯齿状，在叶片宽度方向上相邻两行的硬质陶瓷颗粒平行排列，形成的硬质陶瓷颗粒层的上表面平整、棱边突出，且与叶尖基层结合牢固；棱边与叶尖端面平行的硬质陶瓷颗粒占硬质陶瓷颗粒总数量的0.7-0.9倍；所述硬质陶瓷颗粒距离叶尖基层端面最远的棱边与叶尖基层端面的夹角≤30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角＞60°。优选地，所述硬质陶瓷颗粒的最远棱边距离叶尖基层的端面的高度差≤硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.15倍。优选地，硬质陶瓷颗粒选自立方氮化硼颗粒或金刚石颗粒。优选地，所述平行排列的两行硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的1.2-2.5倍，使其有良好的刮削性能。优选地，所述平行排列的两行硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的3-10倍，使其有充分的散热能力。优选地，以质量百分比计，粘结合金层选择含镍大于53.0％，含铬为6％-28％的镍基合金；或者，选择含钛大于37.5％，含锆为18％-30％，含铜为10％-20％，含镍为5％-10％的钛基合金。优选地，硬质陶瓷颗粒的平均粒径为50～120μm时，满足切削性能需求；硬质陶瓷颗粒的平均粒径为121～350μm时，满足散热性能需求。本专利技术公开的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层的制备方法，包括以下步骤：1)叶尖基层表面预处理：对叶尖基层表面依次进行打磨、喷丸和清洗处理；2)制备粘结合金层：对预处理后的叶尖基层表面涂覆粘结合金层；3)撒布硬质陶瓷颗粒：将硬质陶瓷颗粒撒布在凹槽平行排列的模具中，振动模具使得硬质陶瓷颗粒的一条棱边与模具凹槽的棱边相接触；4)加热重熔：将步骤2)制备的涂有粘结合金层的叶尖基层端面对接在撒布有硬质陶瓷颗粒的模具上方，并将对接好的叶尖基层和模具固定，透过模具加热，使得粘结合金重新熔化，硬质陶瓷颗粒与粘结合金牢固结合。优选地，步骤2)中，粘结合金层的厚度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.4-0.8倍；涂覆采用等离子喷涂法，喷涂功率为25-55kW，喷涂距离为20-200mm。优选地，步骤3)中，模具中的凹槽为平行排列的V形凹槽，凹槽深度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.2-0.5倍；凹槽能够保证颗粒最长的棱边与槽的棱边贴紧，凹槽的深度低于颗粒粒径一半可以保证超过一半的颗粒被粘结合金包裹住、优选地，模具的熔点高于粘结合金的1.2倍开尔文温度；制作模具的材料选择和粘结合金和硬质陶瓷颗粒浸润性差的材料，如氧化铝陶瓷片。优选地，所述模具的单个凹槽的两个最大面之间的夹角的平均值为凹槽角平均值；单个硬质陶瓷颗粒的单向最小尺寸超过硬质陶瓷颗粒平均粒径0.05倍的面之间的夹角的平均值为颗粒尖角平均值；凹槽角平均值为颗粒尖角平均值的1-1.5倍，凹槽角大一些可以让颗粒棱边和凹槽的边贴合到一起优选地，步骤4)中，加热温度为粘结合金熔点按开尔文温度计算的1.05-1.2倍，且该加热温度低于叶尖基层的熔点；加热采用感应加热，电流为20-65A，加热时间为2-15s。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，该涂层的特征为硬质陶瓷颗粒呈锯齿状平行排列并通过粘结合金结合在叶尖端面上；颗粒距离叶尖端面最远的棱边与叶尖端面夹角不超过30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角大于60°，形成的涂层硬质陶瓷颗粒外表面整体平整、硬质陶瓷颗粒棱边突出、与叶尖端面结合牢固。本专利技术通过改变涂层中硬质陶瓷颗粒的位相角度，可以使得涂层外表面硬质陶瓷颗粒的棱边更加突出，切削性能更加良好，从而使得叶尖涂层整体具有良好的切削性能，硬质陶瓷颗粒与叶尖结合牢固保证切削过程中涂层不易脱落。附图说明图1为本专利技术提供的一种带有边界颗粒满铺并有额外突出的切削涂层件的结构图；图2为本专利技术提供的一种使得涂层件边界颗粒满铺并有额外突出的模具的注视结构图；图3为本专利技术提供的一种使得涂层件边界颗粒满铺并有额外突出的模具的左视结构图；图4为本专利技术实施例提供的一种使得涂层件边界颗粒满铺并有额外突出的模具的俯视结构图。其中：1为叶尖基层；2为粘结合金层；3为硬质颗粒。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，其特征在于，包括叶尖基层(1)和设置在其上表面的粘结合金层(2)，在粘结合金层(2)上密布若干硬质陶瓷颗粒(3)；/n硬质陶瓷颗粒(3)在叶片厚度方向的颗粒棱边外露呈现锯齿状，在叶片宽度方向上相邻两行的硬质陶瓷颗粒(3)平行排列，形成的硬质陶瓷颗粒层的上表面平整、棱边突出，且与叶尖基层结合牢固；/n棱边与叶尖端面平行的硬质陶瓷颗粒占硬质陶瓷颗粒总数量的0.7-0.9倍；/n所述硬质陶瓷颗粒(3)距离叶尖基层(1)端面最远的棱边与叶尖基层(1)端面的夹角≤30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角＞60°。/n

【技术特征摘要】
1.一种棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，其特征在于，包括叶尖基层(1)和设置在其上表面的粘结合金层(2)，在粘结合金层(2)上密布若干硬质陶瓷颗粒(3)；
硬质陶瓷颗粒(3)在叶片厚度方向的颗粒棱边外露呈现锯齿状，在叶片宽度方向上相邻两行的硬质陶瓷颗粒(3)平行排列，形成的硬质陶瓷颗粒层的上表面平整、棱边突出，且与叶尖基层结合牢固；
棱边与叶尖端面平行的硬质陶瓷颗粒占硬质陶瓷颗粒总数量的0.7-0.9倍；
所述硬质陶瓷颗粒(3)距离叶尖基层(1)端面最远的棱边与叶尖基层(1)端面的夹角≤30°，且与叶片服役时的旋转方向夹角＞60°。


2.根据权利要求1所述的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，其特征在于，所述硬质陶瓷颗粒(3)的最远棱边距离叶尖基层(1)的端面的高度差≤硬质陶瓷颗粒(3)平均粒径的0.15倍。


3.根据权利要求1所述的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，其特征在于，平行排列的两行硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的1.2-2.5倍时，满足刮削性能；平行排列的两行硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的3-10倍，满足散热性能。


4.根据权利要求1所述的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，其特征在于，以质量百分比计，粘结合金层(2)选择含镍大于53.0％，含铬为6％-28％的镍基合金；或者，选择含钛大于37.5％，含锆为18％-30％，含铜为10％-20％，含镍为5％-10％的钛基合金。


5.根据权利要求1所述的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层，其特征在于，硬质陶瓷颗粒的平均粒径为50～120μm时，满足切削性能需求；硬质陶瓷颗粒的平均粒径为121～350μm时，满足散热性能需求。


6.权利要求1～5中任意一项所述的棱边平齐且呈锯齿状排列的叶尖切削涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)叶尖...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，石秋生，刘梅军，陈林，李长久，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61