一种带气膜孔涡轮叶片的热障涂层喷涂方法技术

本发明专利技术属于涡轮叶片热障涂层技术领域，涉及一种带气膜孔涡轮叶片的热障涂层喷涂方法。本发明专利技术提出的涡轮叶片热障涂层的新喷涂工艺流程与原有的工艺流程相比，在喷涂热障涂层前在气膜孔里塞上塞子，能够有效避免热障涂层沉积在气膜孔内导致气膜孔被封堵的问题，气膜孔的孔径得到保证，进而减弱冷气出流的流动阻力，保证冷气出流的流量符合设计预期。相比较常规制造工艺中先打孔后涂层的方式，采用本发明专利技术的方案，避免气膜孔孔径减小约20％，避免通流面积减小约36％。通过塞子头部的遮挡以形成气膜孔下游无涂层区域，相比较完全涂层的工艺方法，采用本发明专利技术的方案，预计可使冷却效果提高1.6％。高1.6％。高1.6％。

【技术实现步骤摘要】
一种带气膜孔涡轮叶片的热障涂层喷涂方法


[0001]本专利技术属于涡轮叶片热障涂层
，涉及一种带气膜孔涡轮叶片的热障涂层喷涂方法。

技术介绍

[0002]随着航空涡轮发动机的快速发展，其推重比进一步提高，使得其涡轮进口燃气温度已经逼近2000K大关，这远远超过了用于制造涡轮叶片的高温合金的耐温极限。为提高涡轮叶片的耐温能力，可以将热障涂层涂敷在金属基体表面，能起到隔绝燃气加热的防护作用，使其承受更高的服役温度。而当前航空发动机的涡轮叶片上多开有气膜孔以形成气膜冷却，使其与热障涂层的热防护作用相互配合，以及使两种结构的制造工艺相互协同，是一项富有挑战性的技术。
[0003]涡轮叶片热障涂层的已有喷涂工艺流程如图1所示，由于热障涂层为绝缘体，而气膜孔主要依赖电加工，故常规制造工艺中通常采用“先打孔后涂层”的方式。在叶片表面加工气膜孔后，吹砂并清洁叶片的金属表面，将叶片装入炉中进行渗铝以形成致密的氧化铝保护膜，进行吹砂清洁后安装在专用涂敷夹具，在叶片外表面底层用超声速火焰喷涂或电子束气相沉积MCrAlY底层，然后在底层之上用等离子火焰喷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.带气膜孔涡轮叶片的热障涂层喷涂方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，在涡轮叶片上加工气膜冷却孔，采用圆形孔、方形或椭圆形等异形孔；同时叶片尾缘开有尾缘劈缝；步骤2，根据叶片上气膜孔的位置对气膜孔分类；叶片内腔被前缘隔墙(15)、尾缘隔墙(17)分为叶片前腔(14)、叶片中腔(16)、叶片后腔(18)；叶片前腔(14)含前缘气膜孔(1)、盆侧倾斜气膜孔(3)和背侧倾斜气膜孔(13)；叶片中腔(16)含盆侧水平气膜孔(5)和背侧水平气膜孔(11)；叶片后腔(18)含尾缘劈缝窗口(8)；以气膜孔和劈缝所在的位置将叶片表面分为七个区，包括前缘(2)、盆侧鳃区(4)、叶片盆侧(6)、盆侧尾缘(7)、背侧尾缘(9)、叶片背侧(10)、背侧鳃区(12)；使前缘气膜孔(1)朝上方倾斜；盆侧鳃区(4)和背侧鳃区(12)开有带流向夹角(复合角)的倾斜气膜孔，即盆侧倾斜气膜孔(3)和背侧倾斜气膜孔(13)的轴线在叶片表面上的投影与水平面呈近似60
°
的夹角；叶片盆侧(6)和叶片背侧(10)开有水平气膜孔；在盆侧尾缘(7)开有尾缘劈缝窗口(8)；步骤3，根据不同气膜孔的气膜覆盖区域和尾缘劈缝尺寸设计塞子；以气膜孔下游金属基体壁面热流密度为零的等值线为参照，确定气膜绝对覆盖区，并在此基础上确定塞子形状；据此以及叶片的形状和气膜出流的设计工况确定塞子的形状；尾缘劈缝为水平劈缝，依据尾缘劈缝窗口(8)和尾缘劈缝的尺寸确定尾缘劈缝塞子(22)的形状；步骤4，塞子包括前缘气膜孔塞子(19)、盆侧气膜孔倾斜塞子(20)、盆侧水平气膜孔塞子(21)、尾缘劈缝塞子(22)，背侧水平气膜孔塞子(23)、背侧倾斜气膜孔塞子(24)；步骤5，在进行步骤3和4的同时对叶片内腔渗铝，采用气相渗铝工艺，形成致密牢固的氧化铝膜；步骤6，在进行步骤3和4的同时，并在步骤5之后喷涂叶片底层，叶片外表面底层用超声速喷涂或电子束气相沉积涂层；在喷涂陶瓷面层前，要在叶片表面喷涂0.1
±
0.02mm的MCrAlY作为底层，以缓冲热膨胀系数差异带来的热应力，使陶瓷面层与金属基体黏结更牢固；步骤7，根据气膜孔的分类和尾缘劈缝窗口(8)选择相应的塞子；前缘气膜孔(1)选择与前缘(2)表面贴合的前缘气膜孔塞子(19)，盆侧倾斜气膜孔(3)选择与盆侧鳃区(4)表面贴合的盆侧倾斜气膜孔塞子(20)，盆侧水平气膜孔(5)选择与叶片盆侧(6)表面贴合的盆侧水平气膜孔塞子(21)，尾缘劈缝窗口(8)选择尾缘劈缝塞子(22)，背侧水平气膜孔(11)选择与叶片背侧(10)表面贴合的背侧水平气膜孔塞子(23)，背侧倾斜气膜孔(13)选择与背侧鳃区(12)表面贴合的背侧倾斜气膜孔塞子(24)；步骤8，在气膜孔处塞入对应的塞子；气膜孔塞子借助塞子插销(32)采用过盈配合插入气膜孔安装在叶片上，并保证牢固以及头部底面与叶片表面贴合；步骤9，叶片外表面的面层用等离子火焰喷涂YSZ陶瓷涂层或电子束气相沉积YSZ陶瓷涂层；热障涂层(25)覆盖在叶片和塞子头部的表面；步骤10，移除塞在气膜孔上的塞子，以形成气膜孔和尾缘劈缝下游无涂层区域，包括凤尾形的前缘气膜孔下游无涂层区域(26)、弯曲烛焰形的盆侧倾斜气膜孔下游无涂层区域(27)，烛焰形的盆侧水平气膜孔下游无涂层区域(28)，尾缘劈缝无涂层区域(29)，烛焰形的
背侧水平气膜孔下游无涂层区域(30)，弯曲烛焰形的背侧倾斜气膜孔下游无涂层区域(31)；步骤11，叶片表面剖光，打磨气膜孔。2.如权利要求1所述的带气膜孔涡轮叶片的热障涂层喷涂方法，其特征在于，第三步中，所述塞子的设计方式如下：首先定义塞子插销轴线与塞子头部底面的交点为原点O，沿截面叶型线俯视逆时针的切向为X轴正向，叶片径向为Y轴正向，叶片壁面法线为Z轴，且指向壁面外侧为正方向，三轴相互垂直，并符合右手定则；沿着Z轴向叶片内侧投影为主视图，沿着X轴正方向投影为侧视图，沿着Y轴向叶根处投影为俯视图；塞子插销(32)与塞子头部(34)空间上存在一定夹角，可视为由三个线面角组成，即塞子插销轴线与YOZ平面夹角α、塞子插销轴线与XOZ平面夹角β、塞子插销轴线与XOY平面夹角γ；塞子插销(32)的尺寸由塞子插销直径d和塞子插销长度L确定；塞子的长度由塞子头部X方向长度x确定，取值范围为5d至12；塞子的宽度由塞子头部Y方向宽度y确定，取值范围为2d至5d；塞子的厚度由塞子头部Z方向厚度z确定，取值范围为2d至5d。3.如权利要求2所述的带气膜孔涡轮叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕东，周源昊，徐宁宁，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：