一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的装置及方法。所述电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层装置包括：高温炉（3）、氩气罐（1）、脉冲直流电源（4）和温度控制器（2）。所述制备涂层方法：将高温合金、陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末、耐磨颗粒、自熔合金粉末依次放入高温炉组成涂层样品，打开氩气罐通入氩气，在氩气保护下，电极升降机构将电极下压插入合金粉末并保持一定压力，随后在高温以及脉冲电流作用下，通过电脉冲驱动熔渗烧结，获得梯度叶尖耐磨涂层。本发明专利技术在高温熔渗烧结的同时引入脉冲电流，使合金熔体克服熔渗阻力一次性快速完成梯度叶尖耐磨涂层的制备，极大提高了效率和质量。和质量。和质量。
【技术实现步骤摘要】
一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的装置及方法，属防护涂层制备领域。
技术介绍
[0002]提升航空发动机/燃气轮机高温涡轮段封严密封性、降低油耗和减少碳排放，同时满足叶尖涂层表面硬度与涂层/母材界面结合性的双重要求，在涡轮叶片叶尖制备陶瓷颗粒含量从表面向涂层/母材界面梯度减少的复合材料叶尖耐磨涂层（本文简称梯度叶尖耐磨涂层），成为了新的关注点。
[0003]鉴于该类涂层具有耐磨颗粒凸出的独特形貌和严苛的工作环境，常规的涂层制备方法难以满足要求，而基于复合材料粉末的熔渗烧结工艺体现了巨大优势。但是，由于金属熔体与陶瓷颗粒之间的润湿性较差，且随着金属熔体在金属/陶瓷复合材料中接触表面的交替切换，熔体流动阻力增大，常常造成“阻塞”而无法形成涂层各组分之间的有效结合。
[0004]为了解决一关键问题，研究者们提出了多种方案，如提高温度、陶瓷表面改性、添加活性元素等，取得了一定的效果，在金属熔体熔渗烧结均一金属或陶瓷基体制备块体复合材料领域发挥了重要作用。然而，提高温度的范围有限，过高可能造成基体的损伤；而陶瓷表面改性和添加活性元素则主要依赖于金属/陶瓷体系的相容性，选择范围有限。
[0005]施加辅助电流是另外一种思路，其适应性更强，可大幅度缩短熔渗时间、改善润湿和加速界面反应，存在巨大的应用潜力。
[0006]研究电脉冲对熔渗行为的影响，尤其是电脉冲如何改善金属熔体在金属/陶瓷梯度复合材料中的润湿性和界面反应的作用机理有重要意义。但目前市面上还未有关于脉冲驱动熔渗烧结制备梯度叶尖耐磨涂层的装置与方法。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是，为了使合金熔体克服熔渗阻力，一次性快速完成梯度叶尖耐磨涂层的制备，极大提高制备梯度叶尖耐磨涂层的效率和质量，提出一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的装置及方法。
[0008]本专利技术实现的技术方案如下，一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的装置，包括氩气罐、温度控制器、高温炉、脉冲直流电源，高温炉包括加热保温部件；其特征在于，所述高温炉还包括气体保护室、导电机构、导气机构、电极升降机构。
[0009]所述导气机构包括铜块、导气管和导气铁柱；所述铜块安装在高温炉炉体底部中央，铜块内部开有导气通道的铜块通过侧面螺纹孔与导气管螺纹连接，所述铜块通过顶部螺纹孔与内部开有导气通道的导气铁柱螺纹连接，构成了高温炉的导气机构，氩气依次通过导气管、铜块、导气铁柱进入高温炉。
[0010]所述导电机构包括上电极和下电极；所述上电极包括石墨棒、热电偶B和多孔刚玉管；所述下电极包括石墨垫块、导气铁柱、铜块和导电铜棒；铜块通过侧面螺纹孔与导电铜
棒螺纹连接，通过顶部螺纹孔与导气铁柱螺纹连接，导气铁柱顶部嵌固有石墨垫块，石墨垫块、导气铁柱、铜块、导电铜棒共同构成了高温炉的导电机构的下电极；下电极通过高温炉炉体底部中央的通孔嵌固于高温炉内部；石墨棒、热电偶B插入多孔刚玉管并通过高温胶粘固，构成了高温炉的导电机构的上电极，其中石墨棒用于导电，热电偶B用于监测放电时涂层样品内部的电阻热，便于调整工艺参数；上电极通过高温炉炉盖中央的通孔插入高温炉内部，脉冲直流电通过高温炉导电机构的上、下电极进入高温炉。
[0011]所述气体保护室包括高温炉体、高温玻璃管和高温炉盖；高温玻璃管底部嵌固于高温炉炉体顶部中央的凹槽，高温玻璃管顶部嵌固于高温炉炉盖底部中央的凹槽。
[0012]电极夹与丝杆升降平台通过螺纹连接，构成了高温炉的电极升降机构，电极升降机构嵌固于高温炉炉盖顶部，实现了高温炉导电机构的上电极在高温炉气体保护室中的上下移动。
[0013]所述高温炉炉体和高温炉炉盖外设置有保温层，保温层外围由外壳和底座包裹。所述高温炉炉体的炉体腔内水平方向设置有多层硅碳棒，作为加热元件将高温炉炉膛温度加热至设定温度。高温炉炉体内部设置有热电偶A，热电偶A通过导线经高温炉体、保温层和外壳引出，接入温度控制器，监测炉膛温度。所述高温炉炉体两侧开有通孔，高温玻璃片嵌于通孔，组成高温炉的观察窗。
[0014]一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的方法，采用了所述电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层装置，所述方法步骤如下：（1）配置陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末与自熔合金粉末；将待制备涂层的高温合金块表面氧化层去除，清洗去油去杂质；（2）采用电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层设备，通过高温炉的电极升降机构将上电极升高至高温炉炉盖的上方后，高温合金块通过高温炉炉盖的通孔放置于高温炉的气体保护室内；（3）将陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末通过高温炉炉盖通孔放至高温合金块上表面，而后通过压粉器使陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末均匀铺覆于高温合金块表面；随后使用镊子将耐磨颗粒通过高温炉炉盖通孔，按排布需求嵌入陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末层，颗粒外露出一定高度，组装成涂层基底；最后将自熔合金粉末通过高温炉炉盖通孔放至涂层基底表面，再通过压粉器使自熔合金粉末均匀铺覆于涂层基底表面，组装成涂层样品；每层粉末厚度控制在0.1～0.4mm之间；（4）电极升降机构将上电极下压通过高温炉顶部炉盖的通孔插入自熔合金粉末并保持一定压力，打开高温炉及温度控制器，设置好温度参数，打开氩气罐通入氩气，氩气气体流量为5～30L/min，在氩气保护下，高温炉开始升温至800~1400℃并保温；（5）待高温炉升温至800~1400℃，进入保温阶段时，打开电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层设备中的脉冲直流电源，设置好电脉冲参数，脉冲直流电源通过高温炉的导电机构进行放电，在800～1400℃高温以及脉冲电流作用下，自熔合金粉末熔化并逐渐渗流进入陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末层，保温结束后，在熔融状态的自熔合金凝固之前抽回电极，再断开电源迅速冷却至室温，自熔合金凝固形成梯度叶尖耐磨涂层。
[0015]其中，所述金属陶瓷颗粒混合粉末在涂层中的含量为20～70wt.%；所述自熔合金粉末粒径为45～150μm，其在涂层中含量为30～80wt.%；所述金属陶瓷颗粒混合粉末中高熔
点合金粉末熔点高于所述自熔合金粉末，高熔点合金粉末粒径为45～150μm，高熔点合金粉末含量为金属陶瓷颗粒混合粉末的20～80wt.%；所述金属陶瓷颗粒混合粉末中陶瓷颗粒为碳化物、氧化物或氮化物，陶瓷颗粒粒径为1～50μm，陶瓷颗粒含量为金属陶瓷颗粒混合粉末的20～80wt.%，并且从高温合金基体到涂层表面方向，金属陶瓷颗粒混合粉末层中陶瓷颗粒含量以每0.1毫米5~10wt.%的百分数依次增加；所述耐磨颗粒为碳化物、氧化物或氮化物，外形为不规则形状，颗粒粒径为50～300μm；种植在涂层表面的耐磨颗粒外露高度控制在颗粒粒径的20%～80%之间。
[0016]所述温度参数为：升温速度10～20℃/min加热至800～1400℃，保温0.5～1小时；再断开电源迅速冷却至室温。所述电脉冲参数为：放电电压10～200V、放电电流0.01～本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的装置，包括氩气罐、温度控制器、高温炉、脉冲直流电源，高温炉包括加热保温部件；其特征在于，所述高温炉还包括气体保护室、导电机构、导气机构、电极升降机构；所述加热保温部件包括高温炉炉体、高温炉炉盖、保温层、外壳及底座、硅碳棒；高温炉炉体和高温炉炉盖外设置有保温层，保温层外围由外壳及底座包裹，起保温作用；所述硅碳棒在高温炉炉体的炉腔内水平设有多层，作为加热元件将高温炉炉膛温度加热至设定温度；高温炉炉体内部还设置有热电偶A，通过导线经高温炉体、保温层和外壳引出，接入温度控制器，监测炉膛温度；所述导气机构包括铜块、导气管和导气铁柱；内部开有导气通道的铜块通过侧面螺纹孔与导气管螺纹连接，所述铜块通过顶部螺纹孔与内部开有导气通道的导气铁柱螺纹连接，氩气依次通过导气管、铜块、导气铁柱进入高温炉；所述导电机构包括上电极和下电极；所述上电极包括石墨棒、热电偶B和多孔刚玉管；所述下电极包括石墨垫块、导气铁柱、铜块和导电铜棒；铜块通过侧面螺纹孔与导电铜棒螺纹连接，通过顶部螺纹孔与导气铁柱螺纹连接，导气铁柱顶部嵌固有石墨垫块；下电极通过高温炉炉体底部的通孔嵌固于高温炉内部；石墨棒、热电偶B插入多孔刚玉管并通过高温胶粘固，构成了高温炉的导电机构的上电极，其中石墨棒用于导电，热电偶B用于监测放电时涂层样品内部的电阻热；上电极通过高温炉炉盖的通孔插入高温炉内部，脉冲直流电通过高温炉导电机构的上下电极进入高温炉；所述气体保护室包括高温炉体、高温玻璃管和高温炉盖；高温玻璃管底部嵌固于高温炉炉体顶部凹槽，高温玻璃管顶部嵌固于高温炉炉盖底部凹槽；电极夹与丝杆升降平台通过螺纹连接，构成了高温炉的电极升降机构，电极升降机构嵌固于高温炉炉盖顶部，实现了高温炉导电机构的上电极在高温炉气体保护室中的上下移动；所述高温炉炉体两侧开有通孔，高温玻璃片嵌于通孔，组成高温炉的观察窗；所述高温玻璃管及高温玻璃片耐温1500℃。2.采用如权利要求1所述的电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层装置的一种电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：（1）配置陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末与自熔合金粉末；将待制备涂层的高温合金块表面氧化层去除，清洗去油去杂质；（2）采用电脉冲驱动熔渗烧结梯度叶尖耐磨涂层设备，通过高温炉的电极升降机构将上电极升高至高温炉炉盖的上方后，高温合金块通过高温炉炉盖的通孔放置于高温炉的气体保护室内；（3）将陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末通过高温炉炉盖通孔放至高温合金块上表面，而后通过压粉器使陶瓷颗粒梯度增强的高熔点合金粉末均匀铺覆于高温合...
【专利技术属性】
技术研发人员：王德，王骏，王阁洲，王文琴，李玉龙，李伸，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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