[發明專利]一種用于發動機葉片的鈦合金復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010317648.7
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111349925B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 所新坤;黃群;周平;秦加浩;鳳曉華;劉奕;李華
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;中國科學院寧波工業技術研究院慈溪生物醫學工程研究所
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明涉及功能涂層技術領域，公開了一種用于發動機葉片的鈦合金復合涂層及其制備方法，該涂層在基體表面依次包括粘接層和鈦合金層，與基體間拉伸結合強度為25～30MPa；其中為鋁粉、錫粉或鋅粉噴涂形成；鈦合金層為鈦粉噴涂形成。鈦合金復合涂層的制備方法包括步驟：(1)清洗基體；(2)利用冷噴涂工藝在基體表面制備粘接層；(3)利用冷噴涂工藝在粘接層上噴涂制備鈦合金層。本發明利用冷噴涂“冷”的特性，撞擊到基體表面的顆粒并不會由于高溫而對低熔點的基體產生燒蝕，從而破壞涂層的沉積質量，本發明的涂層制備方法節能環保、穩定可靠和適應于產業化等優點，在航空工程領域有著廣泛地應用前景。

技術領域

本發明涉及功能涂層技術領域，具體涉及一種用于發動機葉片的鈦合金復合涂層及其制備方法。

背景技術

輕量化是飛機結構設計中的焦點問題。只有將結構質量系數控制在30％以下才能給燃油、有效載荷留下使用空間，從而既降低了飛行成本，又提高了飛機的續航能力和服役期限。目前，在波音787“夢想客機”復合材料使用量已達到飛機結構質量的二分之一，節省了燃油超過了20％；由我國哈爾濱飛機制造廠生產的直-9型直升飛機，其機身復合材料的使用比例也已經超過了50％，且主要是碳纖維增強聚醚醚酮。碳纖維增強復合材料具有比強度和比剛度高、質量輕、熱膨脹系數小、抗疲勞能力和阻尼性強以及結構與材料的可設計性強、易于整體成型等特點；因此，在飛機結構中大量使用碳纖維增強復合材料是未來發展的大趨勢。

在高空超高音速飛行時，飛機發動機葉片轉速通常達到10000r/min,葉片與大氣發生劇烈摩擦，產生大量的熱，使得葉片溫度升高。在離心力的作用下，導致航空發動機碳纖維葉片邊緣處有剝離的趨勢。由于飛機的飛行環境非常的復雜，而飛機葉片又容易受到損傷，尤其在異物撞擊的情況下。因此，需要用金屬層對易剝離區域進行高強度約束，保證葉片在飛行過程中能減輕如鳥、金屬碎片、微小顆粒、冰雹等異物撞擊帶來的損傷，降低由于葉片外物損傷而引起的飛行事故。

CN 102059218 A公開了一種聚合物基復合材料表面金屬化涂層的制備方法及設備，涂層材料采用市場上出售的粒度及化學成分在一定范圍的氣霧化純鋁粉和純銅粉，以氮氣作為工作氣體和送粉氣體，在樹脂基復合材料表面直接冷噴涂制備兩種涂層：一是在碳纖維增強的聚醚醚酮復合材料表面直接冷噴涂制備純鋁涂層；二是先在碳纖維增強的聚醚醚酮復合材料表面直接冷噴涂制備純鋁涂層，然后在純鋁涂層上繼續冷噴涂制備純銅涂層，即底層為純鋁、表層為純銅的雙金屬涂層。

該發明在精確合理工藝控制和涂層選材基礎上，采用冷噴涂技術直接在聚合物基復合材料表面制備了金屬涂層，為聚合物基體材料表面金屬化開辟了新渠道。解決碳纖維增強樹脂基復合材料作為基板，在室溫下硬度高、彈性大、變形能力差的問題，以及室溫噴涂時顆粒很難沉積在基板上，難以保證涂層質量的問題。

但聚合物基體彈塑性好，顆粒撞擊其表面容易發生回彈，對于不同的金屬顆粒，由于其密度不一樣，導致到達基體表面的動能不一樣，噴涂在基體表面容易存在沉積不均勻的情況，且顆粒存在一定的沉積窗口。

冷噴涂是一種基于空氣動力學的新型熱噴涂成型技術，相對于傳統高溫熱源的熱噴涂技術，它有以下明顯的優勢：噴涂效率高、沉積效率高、涂層孔隙率低、涂層通常為壓應力、適合大批量生產和工業化應用；涂層的化學特性和粉末原材料保持一致，不存在氧化、燒損等缺陷，保證涂層的可焊性；對基體的熱影響小，適合在碳纖維增強復合材料等低熔點材料表面沉積。

發明內容

本發明旨在解決涂層與基體間結合強度弱，受到外界沖擊時易發生脫落的問題，提供一種與基體結合強度高，在受到強烈外界沖擊時，不易發生脫落的涂層。適用于航空發動機葉片，以提高飛機的續航能力和服役期限。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：