一种具有超强物理润湿性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具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层及制备方法，属于材料表面改性和涂层技术领域。叶尖切削涂层的特征为：硬质陶瓷颗粒离散分布并通过第二粘结合金层和第一粘结合金层结合在叶尖端面上；其中第二粘结合金层将硬质陶瓷颗粒包裹住，硬质陶瓷颗粒嵌入第二粘结合金层的高度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.5‑0.9倍；第一粘结合金层与叶尖端面紧密结合，并与第二粘结合金紧密结合；涂层外表面平整、硬质陶瓷颗粒棱角尖锐暴露、具有超强润湿性、与叶尖端面结合牢固。本发明专利技术中通过增加一种具有过渡作用的第二粘结合金层，增强第一粘结合金层与硬质陶瓷颗粒、第一粘结合金层与叶尖端面之间的润湿性，实现牢固结合，提高各个界面的结合强度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层及其制备方法
本专利技术涉及材料表面改性和涂层
，具体涉及一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层及其制备方法。
技术介绍
随着航空工业对涡轮发动机的推力、推重比及燃油效率的要求越来越高，发动机的进口温度和燃气压力逐渐增大，发动机的压气机及涡轮叶片部分服役环境更加恶劣，特别是叶尖部分。叶片叶尖承受很高的工作应力和工作温度且变化频繁、剧烈，同时存在氧化、腐蚀等问题，而与之对磨的ZrO2基、MCrAlY基可磨耗涂层硬度又较高，发动机工作过程中往往发生叶片叶尖的磨短或叶片材料与可磨耗涂层材料的相互转移，影响发动机的使用性能。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。叶尖耐磨涂层要求有较高的硬度和较低的摩擦系数，常采用金属基陶瓷复合材料，合金基体作为粘结相并提供抗氧化性和耐腐蚀性，陶瓷颗粒则提供高硬度和高耐磨性。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，用激光熔覆技术技术制备出的叶尖涂层能大幅度提高基体的硬度和耐磨性，但也存在对基体热损伤严重的问题。用电镀法制备的叶尖涂层可有效控制厚度，但涂层与基体结合强度不高，涂层易脱落。传统叶尖耐磨涂层结构中，硬质陶瓷颗粒通过单层粘结合金结合在叶尖端面上。由于硬质颗粒与叶片基体材料属性存在较大差异，单层粘结合金难以起到充分的过渡作用，难以与颗粒和基体两者之间均形成良好的冶金结合，导致叶尖涂层润湿性差、结合强度较低，服役过程中易发生脱落。因此选用合适的方法增强陶瓷颗粒在叶尖端面的物理润湿性和附着强度一直是亟需解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供了一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层及制备方法，以解决硬质陶瓷颗粒与叶尖端面材料属性相差较大导致涂层与叶尖端面物理润湿性差、结合强度低的技术问题。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：一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，包括第一粘结合金层、第二粘结合金层和硬质陶瓷颗粒，硬质陶瓷颗粒依次通过第二粘结合金层、第一粘结合金层冶金结合在叶尖端面上，硬质陶瓷颗粒嵌入第二粘结合金层的高度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.5-0.9倍。进一步地，第一粘结合金层的成分为镍含量大于53％、铬含量6％-28％的镍基合金，以质量百分比计。进一步地，第二粘结合金层的成分为铜含量20％-35％、银含量50％-75％，钛含量2.0％-10.0％的Cu-Ag-Ti合金，以质量百分比计。进一步地，第二粘结合金层熔点低于第一粘结合金层熔点的0.95倍，且第二粘结合金层熔点低于叶尖端面熔点的0.9倍，熔点以开尔文温度计。更进一步地，第一粘结合金的熔点与加热温度的温差大于0.5倍的第一粘结合金和第二粘结合金的熔点差。进一步地，硬质陶瓷颗粒为金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒，硬质陶瓷颗粒的平均粒径为50μm-350μm，相邻硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的1.2-10倍。一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、在表面洁净且去除氧化层的叶尖端面上制备第一粘结合金层；步骤2、将第二粘结合金均匀撒布到第一粘结合金层表面，加热熔化，使第二粘结合金层与第一粘结合金层结合，且第二粘结合金层的厚度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.5-0.9倍；步骤3、在第二粘结合金层表面均匀分散地撒布一层硬质陶瓷颗粒；步骤4、将撒有硬质颗粒的第二粘结合金层加热熔化，使得硬质陶瓷颗粒与第二粘结合金层结合，在叶尖端面表面形成具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层。进一步地，步骤1中，采用真空等离子喷涂法制备第一粘结合金层，喷涂参数为：功率为20kW-35kW，喷涂距离100mm-200mm。进一步地，步骤1中，第一粘结合金层厚度为20μm-50μm；步骤2中，第二粘结合金层厚度为50μm-100μm。进一步地，步骤2和步骤4中，加热温度介于第一粘结合金的熔点和第二粘结合金的熔点之间。进一步地，步骤2和步骤4中，加热方式为感应加热或真空炉加热，其中感应加热的工作参数为：感应电流20A-65A，加热时间2s-15s，真空炉加热的工作参数为：炉内真空度为1×10-2Pa-3×10-2Pa，加热速率为5℃/min-10℃/min，保温时间为3min-30min。进一步地，步骤2和步骤4中，加热温度介于第一粘结合金的熔点和第二粘结合金的熔点之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，通过在第一粘结合金层和硬质陶瓷颗粒间增加一种具有过渡作用的第二粘结合金层，其中硬质陶瓷颗粒嵌入第二粘结合金层的高度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.5-0.9倍，增强第一粘结合金层与硬质陶瓷颗粒、叶尖端面之间的物理润湿性，提高叶尖端面与第一粘结合金层、第一粘结合金层和第二粘结合金层、第二粘结合金层与硬质陶瓷颗粒间的结合强度。该叶尖切削涂层外表面平整、具有超强润湿性，可与叶尖端面牢固结合，第二粘结合金层将硬质陶瓷颗粒紧紧包裹保证服役时硬质陶瓷颗粒不发生脱落。进一步地，本申请中第一粘结合金层的成分为镍含量大于53％、铬含量6-28％的粉末状镍基合金，以质量百分比计；第一粘结合金层与叶尖端面的成分接近，第一粘结合金层与叶尖端面也会紧密结合。进一步地，本申请中第二粘结合金层的成分为铜含量20-35％、银含量50-75％，钛含量2.0-10.0％，以质量百分比计，硬质陶瓷颗粒为金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒，由于硬质陶瓷颗粒与第二粘结合金层的成分相近，因此它们之间形成牢固结合。进一步地，相邻硬质陶瓷颗粒的间距为硬质陶瓷颗粒平均粒径的1.2-10倍，使涂层具有良好的刮削性能和充分的散热能力。本申请公开了一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层的制备方法，通过增加一种具有过渡作用的粘结合金层，增强了粘结合金层与陶瓷颗粒、粘结合金层与叶尖端面之间的润湿性，实现牢固结合，提高各个界面的结合强度。本方法所制得的涂层硬度为340-410HV0.2，涂层间结合强度为61-68MPa。进一步地，步骤1中采用真空等离子喷涂法制备第一粘结合金层，并将喷涂参数设置为功率20-35kW，喷涂距离100-200mm，所制备的涂层得到了致密性好、粘结强度高，涂层不易氧化。进一步地，步骤2和步骤4中，加热温度介于第一粘结合金的熔点和第二粘结合金的熔点之间，从而降低第二粘结合金向叶尖端面扩散。进一步地，步骤2和步骤4中，采用感应加热或真空炉加热的方式，能够使第二粘结合金层与第一粘结合金层、第二粘结合金层与硬质陶瓷颗粒快速冶金结合，将涂层的损耗减少到最低程度。此外，感应加热还能控制加热部位，真空炉加热过程中无氧化、无脱碳、无渗碳的现象发生。附图说明图1为本专利技术提供的一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层的结构图；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，其特征在于，包括第一粘结合金层(2)、第二粘结合金层(3)和硬质陶瓷颗粒(4)，硬质陶瓷颗粒(4)依次通过第二粘结合金层(3)、第一粘结合金层(2)冶金结合在叶尖端面(1)上，硬质陶瓷颗粒(4)嵌入第二粘结合金层(3)的高度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.5-0.9倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，其特征在于，包括第一粘结合金层(2)、第二粘结合金层(3)和硬质陶瓷颗粒(4)，硬质陶瓷颗粒(4)依次通过第二粘结合金层(3)、第一粘结合金层(2)冶金结合在叶尖端面(1)上，硬质陶瓷颗粒(4)嵌入第二粘结合金层(3)的高度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.5-0.9倍。


2.根据权利要求1所述的具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，其特征在于，第一粘结合金层(2)的成分为镍含量大于53％、铬含量6％-28％的镍基合金，以质量百分比计。


3.根据权利要求1所述的具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，其特征在于，第二粘结合金层(3)的成分为铜含量20％-35％、银含量50％-75％，钛含量2.0％-10.0％的Cu-Ag-Ti合金，以质量百分比计。


4.根据权利要求1所述的具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，其特征在于，第二粘结合金层(3)熔点低于第一粘结合金层(2)熔点的0.95倍，且第二粘结合金层(3)熔点低于叶尖端面(1)熔点的0.9倍，熔点以开尔文温度计。


5.根据权利要求1所述的具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层，其特征在于，硬质陶瓷颗粒(4)为金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒，硬质陶瓷颗粒(4)的平均粒径为50μm-350μm，相邻硬质陶瓷颗粒(4)的间距为硬质陶瓷颗粒(4)平均粒径的1.2-10倍。


6.权利要求1-5任意一项所述的具有超强物理润湿性的叶尖切削涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在表面洁净且去除氧化层的叶尖端面(1)上制备第一粘结合金层(2)；

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，石秋生，刘梅军，赵梦琪，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