用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层及其制备制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层及其制备方法，具体为采用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂镍铝过渡层和钴钼铬硅合金涂层，其中钴钼铬硅合金涂层具有较好的耐高温滑动磨损及自润滑性能，同时对盐酸、硫酸及海洋环境有较好的抗腐蚀性能，可有效防护零件基体在高速旋转对磨时的损伤及海洋环境的腐蚀，提高零件服役寿命。与零件材料设计、表面镀铬、热处理等方法相比，大气等离子喷涂工艺具有成本低，操作简单，污染小等特点，且只需在零件特定表面增加一定厚度的钴钼铬硅合金涂层，零件增重小，制备的涂层经机械加工后表面粗糙度可达Ra≤0.5μm，精度可满足航空发动机的装配要求。精度可满足航空发动机的装配要求。精度可满足航空发动机的装配要求。

【技术实现步骤摘要】
用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层及其制备


[0001]本专利技术涉及航空发动机零部件的耐磨防腐技术，特别是涉及一种耐磨防腐的大气等离子喷涂涂层。

技术介绍

[0002]航空发动机部分零组件需要在高转速、强腐蚀的工作环境下服役，长时间经受摩擦磨损及酸介质(海洋环境)的腐蚀。为了延长零件使用寿命，主要采用以下方法：一是选用高硬度、耐腐蚀的基体材料来加工零件，但存在加工难度大、成本高等问题，且该类材料密度一般较大，会导致航空发动机增重较多，效率下降；二是对零件表面进行传统的镀铬等处理，以达到耐磨防腐的目的，但其工艺过程对环境及人员均有较大的危害；三是对零件进行表面热处理，如表面淬火、渗氮、渗碳等，但存在工艺过程复杂、时间长，且存在一定的形变，对于尺寸精度要求较高的零件不适用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层及其制备方法，以解决航空发动机零组件在高速旋转对磨及海洋环境下服役的磨损、腐蚀问题，从而延长零组件使用寿命，提高发动机性能稳定性。
[0004]本专利技术技术方案如下：
[0005]一种用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层，其特征在于：所述耐磨防腐合金涂层由钴钼铬硅合金涂层与镍铝过渡层组成，其中镍铝过渡层位于基体和钴钼铬硅合金涂层之间，所述基体采用GH907合金制成。
[0006]利用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂镍铝过渡层和钴钼铬硅合金涂层，所用过渡层粉末成分配比为：Al 4
‑
5wt％、Ni≥94wt％、有机物≤2.5wt％、Fe+S≤1.0wt％；所用合金涂层粉末成分配比为：Mo28.0
‑
30.0wt％、Cr 7.5
‑
8.5wt％、Si 2.0
‑
3.0wt％、Fe+Ni≤3.0wt％、Co余量。
[0007]为保证零件长寿命使用，其关键是将涂层硬度及孔隙率控制在一个合适的范围，要求喷涂的钴钼铬硅合金涂层硬度高于零件合金基体，达到提高零件表面耐磨性的目的；同时制备的涂层显微组织应较为致密，孔隙含量较少，机械加工后可得到粗糙度较小的涂层表面状态，减小与对磨材料的摩擦系数，并提高涂层的耐腐蚀性能。根据航空发动机等装备服役工况需求，确定涂层硬度范围应≥80HR15N，孔隙率应≤10％。上述涂层性能控制可通过大气等离子喷涂工艺技术和过程控制来实现。
[0008]本专利技术所述耐磨防腐合金涂层的制备方法，其特征在于：利用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂耐磨防腐合金涂层，具体工艺流程为：来件检查
→
清理、除油
→
保护
→
喷涂表面吹砂处理
→
吹砂后清理及检查
→
大气等离子喷涂过渡层
→
大气等离子喷涂钴钼铬硅合金涂层
→
喷涂后清理
→
涂层外观及性能检查
→
合格发出
→
机械加工。
[0009]其中，各涂层喷涂工艺参数为：
[0010]镍铝过渡层：电流500
‑
550A，氩气流量45
‑
50NLPM，氢气流量8
‑
10NLPM，送粉速率30
‑
33g/min，表面线速度500
‑
540mm/s；
[0011]钴钼铬硅合金涂层：电流580
‑
600A，氩气流量60
‑
65NLPM，氢气流量13
‑
15NLPM，送粉速率25
‑
30g/min，表面线速度400
‑
450mm/s。
[0012]本专利技术采用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂一种钴钼铬硅合金涂层，该合金涂层具有较好的耐高温滑动磨损及自润滑性能，同时对盐酸、硫酸及海洋环境有较好的抗腐蚀性能，可有效防护零件基体在高速旋转对磨时的损伤及海洋环境的腐蚀，提高零件服役寿命。与零件材料设计、表面镀铬、热处理等方法相比，大气等离子喷涂工艺具有成本低，操作简单，污染小等特点，且只需在零件特定表面增加一定厚度的钴钼铬硅合金涂层，零件增重小，制备的涂层经机械加工(一般采用磨加工)后表面粗糙度可达Ra≤0.5μm，精度可满足航空发动机的装配要求。
[0013]本专利技术的有益效果为：
[0014]本专利技术可以满足航空发动机封严支承座等零组件的磨损、腐蚀防护，提高了零件性能及服役寿命；设计的基体+过渡层+合金涂层的应用结构大大降低了产生涂层裂纹、掉块等缺陷的概率，延长了涂层使用寿命；同时采用的大气等离子喷涂制备工艺具备操作简单、加工效率高、成本低，可实现局部喷涂等特点，有利于航空发动机、燃机及相关行业其它零组件的批量生产。
附图说明
[0015]图1封严支承座零件及其喷涂涂层部位，其中D面为喷涂区，S面为过喷区。
[0016]图2大气等离子喷涂所得耐磨防腐合金涂层显微组织图。
[0017]图3涂层磨加工后表面状态示意图。
[0018]附图标记：1、基体，2、镍铝过渡层，3、钴钼铬硅合金涂层。
具体实施方式
[0019]在GH907合金基体表面制备耐磨防腐合金涂层，具体工艺流程为：来件检查
→
清理、除油
→
保护
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喷涂表面吹砂处理
→
吹砂后清理及检查(若吹砂不合格，重新进行吹砂)
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大气等离子喷涂过渡层
→
大气等离子喷涂钴钼铬硅耐磨防腐涂层
→
喷涂后清理
→
涂层外观及性能检查
→
合格发出
→
机械加工。
[0020]其中清理、除油是为了去除零件表面油污、附着物等污染物；喷涂前吹砂处理是为了清洁、粗化和活化零件基体合金表面，提高涂层与零件基体之间的结合强度。
[0021]钴钼铬硅涂层应用结构中各涂层所用粉末的成分配比见表1、2，喷涂工艺参数如表3所示。
[0022]表1 NiAl涂层粉末成分(含量wt％)
[0023][0024]表2钴钼铬硅合金涂层粉末成分(含量wt％)
[0025][0026]表3 Unicoat大气等离子喷涂设备过渡层和钴钼铬硅合金涂层工艺参数
[0027][0028]采用实施例1制备所得耐磨防腐合金涂层外观呈均匀的灰色，无过烧变色；涂层表面没有裂纹，涂层没有翘起、剥落等现象，涂层表面硬度测试值为87HR15N；涂层显微组织如图2所示，涂层与基体界面结合良好，无翘起、分层现象，涂层内部无裂纹等缺陷；钴钼铬硅涂层孔隙率为7％。
[0029]选择磨加工对实施例1所得涂层进行机械加工，砂轮材料选取金刚石，具体参数见表4。
[0030]表4钴钼铬硅合金涂层磨加工参数
[0031][0032]耐磨防腐合金涂层磨加工后表面状态如图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层，其特征在于：所述耐磨防腐合金涂层由钴钼铬硅合金涂层与镍铝过渡层组成，其中镍铝过渡层位于基体和钴钼铬硅合金涂层之间，所述基体采用GH907合金制成。2.按照权利要求1所述用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层，其特征在于，利用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂镍铝过渡层，所用粉末成分配比为：Al 4
‑
5wt％、Ni≥94wt％、有机物≤2.5wt％、Fe+S≤1.0wt％。3.按照权利要求1所述用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层，其特征在于，利用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂钴钼铬硅合金涂层，所用粉末成分配比为：Mo 28.0
‑
30.0wt％、Cr 7.5
‑
8.5wt％、Si 2.0
‑
3.0wt％、Fe+Ni≤3.0wt％、Co余量。4.按照权利要求1所述用于航空发动机封严支承座的耐磨防腐合金涂层，其特征在于，所述钴钼铬硅合金涂层硬度≥80HR15N，孔隙率≤10％。5.一种权利要求1所述耐磨防腐合金涂层的制备方法，其特征在于：利用大气等离子喷涂工艺在零件表面喷涂耐磨防腐合金涂层，具体工艺流程为：来件检查
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘礼祥，艾鹏，裴丽艳，王奇峰，张眸睿，
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：