[發(fā)明專利]一種制備防鈦火涂層的方法

有效

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• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102534459A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 王長亮;郭孟秋;湯智慧;崔永靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/08
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金表面防鈦火涂層技術(shù)，具體涉及一種制備防鈦火涂層的方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有強度高、密度小和高熔點等優(yōu)點，因此廣泛應用于航空燃氣渦輪發(fā)動機的壓氣機機匣、轉(zhuǎn)子盤、轉(zhuǎn)子葉片等部件，以減輕發(fā)動機的重量，提高推重比。但普通鈦合金在一定的溫度、壓力和氣流速度下會發(fā)生燃燒，并且燃燒會迅速發(fā)生蔓延，損害發(fā)動機部件，從而制約了鈦合金在飛機發(fā)動機上的應用。為了防止鈦合金發(fā)生燃燒，國內(nèi)外主要采取改進結(jié)構(gòu)設計、阻燃鈦合金和防“鈦火”涂層三種措施。在防“鈦火”涂層方面，NASA曾先后試驗了12種涂層，所用的實驗方法就是在特制的燃燒試驗臺上，模擬發(fā)動機工作時氣流通道的環(huán)境條件下，將未加涂層防護的裸露TC4鈦合金與有防鈦火涂層得TC4鈦合金試樣進行燃燒對比試驗，試驗結(jié)果表明Al(離子輔助氣相沉積工藝)涂層和Pt-Cu-Ni(電鍍工藝)涂層具有較好的阻燃性能。其中Al涂層具備良好的導熱性、可磨性和良好的抗氧化性，成為發(fā)動機低溫端鈦合金防鈦火涂層的重要選擇之一，但由于Al金屬較活潑，無法通過普通電鍍獲得，而等離子噴涂溫度過高，制備的Al涂層孔隙率較高，離子輔助氣相沉積Al涂層具有較致密的組織，但所需設備成本較高，且沉積效率較低(小于2μm/min)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種涂層孔隙率低、沉積效率高的制備防鈦火涂層的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，采用球狀的純鋁粉，鋁粉粒徑大小為160目～400目，純度要求99.0％以上；在鈦合金表面采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備涂層，以丙烷為燃燒氣體，以氧氣為助燃氣體，丙烷壓力85Psi～120Psi，氧氣壓力140Psi～170Psi；丙烷流量為20FMR～40FMR，氧氣流量為20FMR～40FMR，送粉率為30g/min～70g/min，噴涂距離為200mm～400mm，噴槍與工件的相對移動速度為400mm/s～800mm/s，涂層厚度為100μm～150μm；采用碳化硅砂輪對涂層進行磨削，使涂層厚度磨至40μm～80μm，表面粗糙度小于Ra1.6μm。

在對鈦合金表面噴涂前，對工件表面進行吹砂預處理：采用40目～100目的石英砂或剛玉砂，在0.4MPa～0.6MPa的壓力下進行吹砂至鈦合金表面粗糙，再用丙酮清洗或壓縮氣體將工件表面殘余砂粒清除后，再進行鈦合金表面涂層制備。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、超音速火焰噴涂工藝相對于等離子噴涂工藝工作溫度較低，粒子噴射速度高(超過音速)，所獲得的涂層組織致密、孔隙率低，采用該工藝制備的鋁涂層孔隙率可控制在2％以下；該方法可在鈦合金表面制備致密、孔隙率低的鋁涂層，實現(xiàn)優(yōu)良的防鈦火性能。

2、超音速火焰噴涂工藝是較先進的熱噴涂工藝，采用該工藝進行鋁涂層的制備時，鋁涂層沉積效率可以達到10μm/min以上，明顯降低工藝成本，提高生產(chǎn)效率；

3、噴涂涂層后，再對涂層進行磨削處理，使涂層表面具有小于Ra1.6μm的表面粗糙度，明顯減小涂層的摩擦系數(shù)。

具體實施方式

采用市售的球形鋁粉，要求鋁粉純度在99.0％以上，粒徑為160目～400目；將純鋁粉末通過超音速火焰噴涂工藝沉積至鈦合金表面，并通過磨削后處理將涂層加工至要求厚度。

本發(fā)明防鈦火涂層的制備方法中，采用超音速火焰噴涂系統(tǒng)，以丙烷為燃燒氣體，以氧氣為助燃氣體，丙烷壓力85Psi～120Psi，氧氣壓力140Psi～170Psi。進行涂層制備時，丙烷流量為20FMR～40FMR，氧氣流量為20FMR～40FMR，送粉率為30g/min～70g/min，噴涂距離為200mm～400mm，噴槍與工件的相對移動速度為400mm/s～800mm/s。

本發(fā)明防鈦火涂層的制備方法中，采用超音速火焰噴涂前，對工件表面進行吹砂預處理：采用40目～100目的石英砂或剛玉砂，在0.4MPa～0.6MPa的壓力下進行吹砂至鈦合金表面粗糙，再用丙酮清洗或壓縮氣體將工件表面殘余砂粒清除后，再進行鈦合金表面涂層制備。

本發(fā)明防鈦火涂層的制備方法中，所制備的涂層厚度為100μm～150μm，隨后采用碳化硅砂輪對涂層進行磨削，將涂層厚度磨至40μm～80μm，表面粗糙度Ra1.6μm以下。

實施例1

噴涂用的粉末為市售鋁粉，純度大于99.5％，粒徑為200目，球形。采用的超音速火焰噴涂系統(tǒng)為美國Sulzer-Metco公司制造的DJ2700型設備，基體采用TC4鈦合金，試樣尺寸為100mm×50mm×3mm，噴涂面尺寸為100mm×50mm。