转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层及其制备方法，所述封严涂层为高强度金属陶瓷涂层，由以下原料按照重量百分比的重量百分比制备而成Ni粉：Cr粉：Cr3C2粉＝1：1：(2.5

【技术实现步骤摘要】
转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及封严涂层制备
，具体涉及转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]转子发动机在高速运动过程中，转子和缸体之间承受周期性高频非均匀载荷，导致转子端面与缸体、转子边缘与缸体承受冲击疲劳载荷，同时缸体中润滑油与燃油共存、高低温复合，工况十分复杂封严难度大；镍铬
‑
碳化铬涂层耐磨性能好，与转子尖端金属陶瓷涂层组成摩擦副在润滑油环境中可形成反应膜，降低了金属陶瓷涂层表面的压应力和切应力，形成流体润滑，使得摩擦系数和磨损率都显著降低粒子飞行速度高，NiCrCr3C2与基体的界面结合强度好；与铝合金基体的热膨胀系数匹配，不易产生缺陷和失效；耐腐蚀性能好；
[0003]针对目前转子发动机存在的技术难点，如受热不均匀：进油口处温度较高，要求涂层有较好的高温强度；工况复杂：燃油和润滑油混合油环境，要求涂层较好的抗腐蚀性能；转速快：7000r/min，对涂层的耐磨损性能和抗接触疲劳性能要求高；面对目前的难点，急需解决转子发动机封严涂层的材料问题和制备工艺问题，从而保证发动机缸体的正常使用；
[0004]专利号为113308690A的专利公开了一种用于发动机轴瓦的自润滑耐磨涂层制备方法的专利；所述自润滑耐磨涂层由TiC和NiCr复合粉体制备而成；得到的自润滑耐磨涂层耐磨性能好，涂层与基材结合强度高；但通过该工艺制备的涂层在表面容易产生硬质相颗粒的剥落，进而引起涂层的失效；
[0005]因此亟需设计一种转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层，来解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层及其制备方法，本方法通过将NiCrCr3C2进行喷雾造粒、用超音速等离子设备制备封严涂层、将涂层加工成预期的厚度等过程制备封严涂层，有效的解决了现有技术中封严涂层在润滑油和航空煤油状况下转子发动机涂层寿命短，密封失效、无法用实际工况来验证涂层失效的问题，具有步骤简单、易于实现的特点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的方法，包括步骤
[0009]S1.将初始粒径均为0.5μm的Ni粉，Cr粉和Cr3C2粉按照质量比为1：1：(2.5
‑
5)进行配比，配比后通过湿磨的方式混合均匀；
[0010]S2.将混合后的混合粉在喷雾造粒塔中以酒精作为溶剂进行喷雾干燥，得到造粒后的NiCrCr3C2粉末；
[0011]S3.将所用ZL01A的基体表面抛光，使其表面粗糙度为Ra 0.4
‑
Ra 0.9；
[0012]S4.将步骤S3得到的ZL01A的基体表面进行喷砂处理；
[0013]S5.用超音速等离子设备制备涂层NiCr
‑
Cr3C2涂层；
[0014]S6.喷涂一个周期后将试样取出，测量喷涂厚度，直至涂层的厚度为0.45
‑
0.6mm时，停止喷涂；
[0015]S7.将喷涂后的试样进行磨样处理，得到需要的涂层厚度，完成转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的制备。
[0016]优选的，步骤S1所述的湿磨过程包括
[0017]将配制好的混合粉末与玛瑙磨球按照质量比为1：(2.2
‑
3.5)放入球磨罐中，加入酒精，酒精淹没磨球；球磨过程中转速为255
‑
355rpm，球磨时间为16
‑
24h。
[0018]优选的，步骤S2所述的得到的造粒后的NiCr
‑
Cr3C2粉末粒径为5
‑
100μm的类球形颗粒，流动性为10
‑
180S/50g。
[0019]优选的，步骤S2所述的酒精为工业酒精，纯度为99.0％。
[0020]优选的，步骤S5所述的用超音速等离子设备制备涂层NiCr
‑
Cr3C2涂层的制备工艺为：进料速度15
‑
45g.min
‑1，氩气流为175
‑
208(L/h)，氢气流为3.2
‑
4.5(L/h)，氮气流量3.5
‑
5.2(L/h)，喷涂距离88
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113mm。
[0021]优选的，步骤S7所述的磨样处理过程为：磨掉厚度为0.2
‑
0.3mm，最终得到涂层的厚度为0.15
‑
0.35mm。
[0022]优选的，所述制备方法还包括步骤
[0023]S8.封严涂层接触疲劳性能的测试过程
[0024]通过转子发动机内缸封严涂层接触疲劳测试实验平台，在工况为润滑油和航空煤油条件下，施加接触应力为300
‑
450N，观察涂层的破坏情况，记录加载循环次数。
[0025]一种转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层，所述封严涂层为高强度金属陶瓷涂层，由以下原料按照重量百分比的重量百分比制备而成：
[0026]Ni粉：Cr粉：Cr3C2粉＝1：1：(2.5
‑
5)；
[0027]其中上述Ni粉、Cr粉和Cr3C2粉的初始粒径均为0.5μm。
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开了一种转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层及其制备方法，与现有技术相比，本专利技术的改进之处在于：
[0029](1)本专利技术设计了一种转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的制备方法，本方法首先将NiCrCr3C2粉进行喷雾造粒，然后用超音速等离子设备制备封严涂层，最后将涂层加工成预期的厚度，在验证过程中将得到的封严涂层在接触疲劳实验设备上进行验证，整体制备过程步骤简单，易于实现；
[0030](2)本专利技术设计了一种封严涂层接触疲劳性能的测试方法，在接触疲劳设备上，用润滑油和航空煤油模拟转子发动机实际工况下的接触疲劳性能；用氮化硅片与涂层形成对磨副，通过350N的压应力水平下，观察涂层的失效，发现通过上述方法制备的涂层的接触疲劳寿命比基体的接触疲劳寿命高45倍，有效的提高了封严涂层的接触疲劳寿命，在延长转子发动机使用寿命上具有显著的进步。
附图说明
[0031]图1为本专利技术转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的制备流程图。
[0032]图2为本专利技术镍铬
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碳化铬粉经过喷雾造粒后的微观形貌图。
[0033]图3为本专利技术NiCrCr3C2粉末的能谱图。
[0034]图4为本专利技术封严涂层试样制备过程中的宏观形貌形貌图。
[0035]图5为本专利技术用于测试涂层接触疲劳性能的设备和测试过程图。
[0036]图6为本专利技术镍铬
‑
碳化铬涂层与基体接触疲劳性能对比图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的方法，其特征在于：包括步骤S1.将初始粒径均为0.5μm的Ni粉，Cr粉和Cr3C2粉按照质量比为1：1：(2.5
‑
5)进行配比，配比后通过湿磨的方式混合均匀；S2.将混合后的混合粉在喷雾造粒塔中以酒精作为溶剂进行喷雾干燥，得到造粒后的NiCrCr3C2粉末；S3.将所用ZL01A的基体表面抛光，使其表面粗糙度为Ra0.4
‑
Ra0.9；S4.将步骤S3得到的ZL01A的基体表面进行喷砂处理；S5.用超音速等离子设备制备涂层NiCrCr3C2涂层；S6.喷涂一个周期后将试样取出，测量喷涂厚度，直至涂层的厚度为0.45
‑
0.6mm时，停止喷涂；S7.将喷涂后的试样进行磨样处理，得到需要的涂层厚度，完成转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的制备。2.根据权利要求1所述的转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的方法，其特征在于：步骤S1所述的湿磨过程包括将配制好的混合粉末与玛瑙磨球按照质量比为1：(2.2
‑
3.5)放入球磨罐中，加入酒精，酒精淹没磨球；球磨过程中转速为255
‑
355rpm，球磨时间为16
‑
24h。3.根据权利要求1所述的转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的方法，其特征在于：步骤S2所述的得到的造粒后的NiCrCr3C2粉末粒径为5
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100μm的类球形颗粒，流动性为10
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180S/50g。4.根据权利要求1所述的转子发动机内缸用高接触疲劳性能封严涂层的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：何光宇，王克杰，王力，柴艳，耿奇，杨正浩，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：