[發(fā)明專(zhuān)利]航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片用鋁基復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610200295.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107287481A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊超;王浩偉;陳東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司;上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C21/10
• 分類(lèi)號(hào): C22C21/10;C22C1/10;C22C1/06;C22F1/053;C22C32/00;C22C21/00;C22C30/06;F01D5/28;F01D5/14
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 韋東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片領(lǐng)域，具體涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片用鋁基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是大涵道比商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，除了高性能、高可靠性和長(zhǎng)壽命的要求，對(duì)低排放、低噪音和低成本的要求越來(lái)越高，而降低排放和成本以及減少噪音的一個(gè)重要途徑就是減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。

發(fā)動(dòng)機(jī)中風(fēng)扇葉片的工作溫度為環(huán)境溫度，目前主要采用鈦合金的空心設(shè)計(jì)或是樹(shù)脂基復(fù)合材料制備。但是無(wú)論是空心鈦合金風(fēng)扇葉片還是樹(shù)脂基復(fù)合材料的風(fēng)扇葉片都存在制備難度大、周期長(zhǎng)和成本高的問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)中增壓級(jí)第一級(jí)靜子葉片和第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的工作溫度都在150℃以下，目前主要是采用不銹鋼和鈦合金制造。

對(duì)于以上三種發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，如果采用鋁基復(fù)合材料制備，要么可以降低制備周期和成本(比如風(fēng)扇葉片)，要么可以降低零部件的重量(比如增壓級(jí)第一級(jí)靜子葉片和轉(zhuǎn)子葉片)。但是要實(shí)現(xiàn)鋁基復(fù)合材料代替發(fā)動(dòng)機(jī)中風(fēng)扇葉片、增壓級(jí)第一級(jí)靜子葉片和轉(zhuǎn)子葉片目前在用的材料，必須首先滿(mǎn)足使用的性能要求。

傳統(tǒng)的陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料普遍采用在鋁基體中外加陶瓷顆粒制備而成，這種鋁基復(fù)合材料存在著陶瓷顆粒與基體浸潤(rùn)性差，界面反應(yīng)難以控制，陶瓷顆粒分布不均勻等缺陷，嚴(yán)重弱化了陶瓷顆粒的強(qiáng)化效果，影響了鋁基復(fù)合材料的性能。同時(shí)采用外加陶瓷顆粒制備鋁基復(fù)合材料存在著工藝過(guò)程復(fù)雜，成本較高等問(wèn)題，不利于推廣應(yīng)用。另外，現(xiàn)有的原位自生的陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能還不能完全滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)葉片的使用要求。

例如，CN103725911A涉及一種氧化鋁顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法， 該復(fù)合材料是采用外加氧化鋁陶瓷顆粒到鋁粉末中混合均勻，然后進(jìn)行熱壓和熱加工制備而成。該方法制備的復(fù)合材料中存在著陶瓷顆粒與基體界面結(jié)合差、力學(xué)性能不突出等問(wèn)題，同時(shí)制備工藝步驟較多，不利于推廣應(yīng)用。

本領(lǐng)域仍然需要滿(mǎn)足所需性能要求的鋁基復(fù)合材料，以能用于制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種添加稀有元素Sc的原位自生陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，使其基體和陶瓷顆粒的界面干凈，結(jié)合良好，陶瓷顆粒分布均勻，復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和高剛度,能夠應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，例如增壓級(jí)第一級(jí)靜子葉片和第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片，以及風(fēng)扇葉片等。

具體而言，本發(fā)明第一方面提供一種陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其組分及組分的質(zhì)量百分比為：

Zn：4.0～7.0％，

Mg：0.8～2.5％，

Cu：1.2～2.6％，

Zr：0.05～0.50％，

Sc：0.10～0.40％，

TiB₂陶瓷顆粒：0.1～50.0％，

余量為Al。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，Zn的質(zhì)量百分比為4.0～6.0％、4.5～6.0％、5.0～7.0％或5.0～6.5％。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，Mg的質(zhì)量百分比為0.8～2.0％、1.0～2.0％、1.3～1.8％、1.5～2.5％或1.3～2.0％。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，Cu的質(zhì)量百分比為1.2～2.0％、1.5～2.3％、1.5～2.0％、1.7～2.6％或1.7～2.2％。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，Zr的質(zhì)量百分比為0.05～0.40％、0.10～0.40％、0.15～0.40％、0.20～0.40％、0.20～0.50％、0.25～0.50％、0.30～0.50％、0.35～0.50％、0.30～0.40％、0.20～0.30％、或0.25～0.35％等。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，Sc的質(zhì)量百分比為0.10～0.35％、0.15～0.35％、0.15～0.40％、0.20～0.40％、0.20～0.35％、0.25～0.40％、0.30～0.40％、0.15～0.30％、0.15～0.25％、0.10～0.30％、0.10～0.25％、或0.20～0.30％等。