【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层设计与开发领域，特别是涉及一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法。
技术介绍
1、在现代航空发动机高密封压力、高环境温度、高界面滑速的发展趋势下，采用先进的刷式封严结构降低耗油率；刷式封严结构是一种接触式具有适应性的密封，即允许转子在有一定的偏差的状态下工作，具有更高的密封性能，对降低涡轮前温度、提高热端部件效率、减少发动机重量具有重要意义。航空发动机采用的刷式封严结构由两部分组成，分别为作为跑道的封严盘两件、密布韧性刷丝结构的封严环。跑道与刷丝在服役过程中，相互转动磨擦，实现气路密封功能。
2、目前，为保证跑道零件的服役效果，通常在跑道表面采用爆炸喷涂工艺制备mcraly涂层，该涂层具有结合力强、致密度高、硬度高等特点。然而，因航空发动机多次启动与停机，致使mcraly涂层在服役过程中需承受室温-高温-室温的温度变化，同时，在刷丝紧密配合条件下，涂层需承受切向方向的摩擦力，在热-力共同作用下，涂层在长期服役后易出现裂纹、剥落现象，影响航空发动机服役安全。为解决此问题，本项目完成了一种航空发动机密封结构用涂层设计与开发，通过涂覆功能涂层，实现跑道与刷丝二者最优摩擦匹配。
技术实现思路
1、为解决跑道涂层在长期服役后易出现裂纹、剥落现象，刷丝长期工作易出现弯折、变形，影响发动机刷式结构气路密封问题，本专利技术提供一种航空发动机密封结构用涂层的制备方法，通过涂覆功能涂层，实现跑道与刷丝二者最优摩擦匹配。
2、为了保证发动机刷式封严结构中
3、(1)跑道耐磨自润滑涂层体系设计
4、跑道耐磨涂层粉体优化设计，粉体中包括金属合金相、硬质耐磨相和固体润滑相三种组分；采用喷雾造粒、加压氢还原、固态合金化技术等复合工艺，完成nicr/cr3c2baf2·caf2共晶粉末的制备。
5、(2)刷丝自润滑薄膜体系设计
6、通过与基体力学性能匹配性、良好耐磨润滑性能、宽温域范围内润滑、抗氧化性能好、硬度低、与基体亲和性好等综合考量，确定nicraly-mos2-ag涂镀体系，采用磁控溅射工艺。
7、(3)跑道耐磨自润滑涂层与刷丝自润滑薄膜匹配性评价
8、试验状态模拟航空发动机刷式密封的工作状态。试验分为静态泄漏特性试验、动态泄漏特性试验、50小时试验器考核试验。其中，静态泄漏特性试验、动态泄漏特性试验在50小时考核试验前、考核时长20小时后、50小时试验器考核结束后各进行一次。
9、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
10、一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，包含以下步骤：
11、步骤1.预处理：来件检查、擦除油污、外观检查；
12、步骤2.跑道涂覆耐磨自润滑涂层；
13、步骤3.刷丝涂覆自润滑薄膜；
14、步骤4.航空发动机刷式密封结构运行。
15、所述步骤1中，擦除油污的方法为用丙酮清洗擦除油污。
16、所述步骤2中，涂覆自润滑涂层前需要依次进行吹砂保护、干吹砂、喷涂保护和零件装夹；其中，干吹砂过程中，吹砂压力为0.2mp、吹砂角度为75°～90°；压缩控制清理，去除沙砾及零件表面浮灰；
17、所述喷涂保护为检查吹砂保护胶布是否完全覆盖非喷涂区域，如果在吹砂过程中胶布有破损，需及时重新粘贴，如未破损则可以直接进入装夹阶段；
18、所述零件装夹为将零件放在专用夹具上，保证在喷涂过程中零件稳定性。
19、所述涂覆自润滑涂层为，采用超音速火焰喷涂方式，在跑道镍铬铝钇硅(nicralysi)合金粘结层后，喷涂含氟化物镍铬/碳化铬共晶体(nicr/cr3c2 baf2·caf2)面层；
20、其中，超音速火焰喷涂参数为：枪管长度4inch；煤油流量18～22l/h；氧气流量860～900nlpm；载气种类氩气；载气流量7～11nlpm；送粉计数28～32％；搅拌速率40～60％；送粉速率23～33g/min；喷涂距离320～380mm；
21、面层为nicr/cr3c2 baf2·caf2共晶粉末，粉末粒度分布为+45μm约5％；25～45μm约90％；-25μm约5％，流动性＜100s/50g，松装密度大于1.5g/cm3；共晶粉体中各物质组分比例(wt％)为：nicr合金中ni：cr＝80：20，共晶粉末中nicr：cr3c2＝25：75，baf2·caf2共晶含量为5％；
22、所述共晶粉末包括金属合金相、硬质耐磨相和固体润滑相三种组分；采用喷雾造粒、加压氢还原、固态合金化技术复合工艺而成；其中金属合金相nicr，硬质耐磨相cr3c2，固体润滑相baf2·caf2；其中，封严粉体材料的结构设计成包覆型核壳结构。以baf2caf2共晶、cr3c2为核，nicr合金包覆层为壳。
23、所述步骤3中，刷丝涂覆自润滑薄膜前，对刷丝依次进行超声波清洗、烘干、安装工件、离子溅射轰击清洗；其中，离子溅射轰击清洗前，需要抽真空至4×10-3pa；离子溅射轰击清洗前需要通入ar气，清洗参数为：离子源功率300w，气压0.5pa，偏置电压-800v，时间为40min；
24、刷丝涂覆自润滑薄膜具体步骤为，基体清洗完成后调节ar气使得工作气压维持在0.8～1pa，以直流磁控射nicraly靶和ag靶，中频磁控射mos2靶，首先在基体表面沉积nicraly过渡层，以提高复合薄膜与基体间的结合强度，然后，通过调控nicraly合金靶、ag靶和mos2靶的溅射功率制备nicraly-mos2-ag薄膜。
25、所述耐磨自润滑涂层组织均匀、元素分布均匀，涂层孔隙率小于3％，结合强度不低于75mpa，硬度不低于743.8hv0.3，具有650℃热震100次涂层表面完好，无裂纹、剥落；
26、所述自润滑薄膜平均摩擦系数≤0.5；薄膜硬度在481hv-630hv之间，且随着调制比的增大而逐渐增大。膜基结合强度不低于hf2；650℃以下，达到完全抗氧化级；650℃内与跑道涂层的对偶摩擦系数≤0.6；测试试验后，膜层表面完整，光洁、致密，无裂纹、剥落等缺陷；
27、所述步骤4中，经过50小时运行试验后，试验件无磨损、剥落、烧伤情况。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
29、1.采用喷雾造粒、加压氢还原、固态合金化技术等复合工艺，以nicr为高温粘结相，提供涂层必需力学、抗氧化和腐蚀性能减少喷涂过程中核心颗粒的氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述步骤1中，擦除油污的方法为用丙酮清洗擦除油污。
3.根据权利要求1所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述步骤2中，涂覆自润滑涂层前需要依次进行吹砂保护、干吹砂、喷涂保护和零件装夹；其中，干吹砂过程中，吹砂压力为0.2MP、吹砂角度为75°～90°；压缩控制清理，去除沙砾及零件表面浮灰；
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述涂覆自润滑涂层的方式为，采用超音速火焰喷涂方式，在跑道喷涂镍铬铝钇硅NiCrAlYSi合金粘结层后，喷涂含氟化物镍铬/碳化铬共晶体面层；
5.根据权利要求4所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述面层为NiCr/Cr3C2 BaF2·CaF2共晶粉末；其中，共晶粉末包括金属合金相、硬质耐磨相和固体润滑相三种组分，金属合金相为Ni
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述步骤3中，刷丝涂覆自润滑薄膜前，对刷丝依次进行超声波清洗、烘干、安装工件、离子溅射轰击清洗；其中，离子溅射轰击清洗前，需要抽真空至4×10-3Pa；离子溅射轰击清洗前需要通入Ar气，清洗参数为：离子源功率300W，气压0.5Pa，偏置电压-800V，时间为40min。
7.根据权利要求6所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述刷丝涂覆自润滑薄膜具体步骤为，基体清洗完成后调节Ar气使得工作气压维持在0.8～1Pa，以直流磁控射NiCrAlY靶和Ag靶，中频磁控射MoS2靶，首先在基体表面沉积NiCrAlY过渡层，以提高复合薄膜与基体间的结合强度，然后，通过调控NiCrAlY合金靶、Ag靶和MoS2靶的溅射功率制备NiCrAlY-MoS2-Ag薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述步骤4中，经过50小时运行试验后，试验件无磨损、剥落、烧伤情况。
9.根据权利要求1所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述耐磨自润滑涂层组织均匀、元素分布均匀，涂层孔隙率小于3％，结合强度不低于75MPa，硬度不低于743.8HV0.3，具有650℃热震100次涂层表面完好，无裂纹、剥落；
...【技术特征摘要】
1.一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述步骤1中，擦除油污的方法为用丙酮清洗擦除油污。
3.根据权利要求1所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述步骤2中，涂覆自润滑涂层前需要依次进行吹砂保护、干吹砂、喷涂保护和零件装夹；其中，干吹砂过程中，吹砂压力为0.2mp、吹砂角度为75°～90°；压缩控制清理，去除沙砾及零件表面浮灰；
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述涂覆自润滑涂层的方式为，采用超音速火焰喷涂方式，在跑道喷涂镍铬铝钇硅nicralysi合金粘结层后，喷涂含氟化物镍铬/碳化铬共晶体面层；
5.根据权利要求4所述的一种降低航空发动机用刷式封严零件摩擦系数的方法，其特征在于，所述面层为nicr/cr3c2 baf2·caf2共晶粉末；其中，共晶粉末包括金属合金相、硬质耐磨相和固体润滑相三种组分，金属合金相为nicr，硬质耐磨相为cr3c2，固体润滑相为baf2·caf2；粉体材料的结构设计成包覆型核壳结构，以baf2caf2共晶、cr3c2为核，nicr合金包覆层为壳；
6.根据权利要求1-3任一项所...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，张佳平，李明康，李浩宇，
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
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