[發(fā)明專利]一種帶有界面阻擋層的葉尖切削涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010845847.5
• 申請(qǐng)日: 2020-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN112144005B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊冠軍;石秋生;劉梅軍;趙夢(mèng)琪;李長(zhǎng)久
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C4/134
• 分類號(hào): C23C4/134;C23C4/04;C23C4/10;C23C4/08;C23C4/02;C23C4/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開了一種帶有界面阻擋層的葉尖切削涂層及其制備方法，該涂層主要由擴(kuò)散阻擋層、粘結(jié)合金層、與粘結(jié)合金層冶金相容的過渡層和硬質(zhì)陶瓷顆粒構(gòu)成；硬質(zhì)陶瓷顆粒單側(cè)包裹金屬過渡層；粘結(jié)合金層與葉片基體之間設(shè)計(jì)一層1?5μm厚度的擴(kuò)散阻擋層。包裹顆粒的金屬過渡層可以增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒與粘結(jié)合金層的結(jié)合強(qiáng)度；擴(kuò)散阻擋層可有效阻擋粘結(jié)合金層成分與葉片基體成分的互擴(kuò)散，最終形成不改變基體成分、外部棱角尖銳、顆粒與粘結(jié)合金層結(jié)合良好的葉尖切削涂層。利用此方法得到的葉尖切削涂層硬度為340?410 HV0.2，葉尖切削涂層與葉尖基體的結(jié)合強(qiáng)度在60?69MPa之間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料表面改性和涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有界面阻擋層的葉尖切削涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)要求其具有高性能、長(zhǎng)壽命、低油耗等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子葉尖間隙每增加轉(zhuǎn)子葉片長(zhǎng)度的1％，渦輪效率損失就增加1％以上。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中存在離心、喘振等因素，間隙過小會(huì)造成葉尖與機(jī)匣內(nèi)壁發(fā)生碰摩而損壞葉尖，甚至造成嚴(yán)重事故。因此，常采用封嚴(yán)技術(shù)達(dá)到提高效率、保護(hù)葉尖的目的，即在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣內(nèi)壁制備一層可磨耗封嚴(yán)涂層，在葉尖制備一層耐磨涂層。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最初幾個(gè)工作循環(huán)中，轉(zhuǎn)子葉片葉尖表面較硬的耐磨封嚴(yán)涂層將所對(duì)應(yīng)的較軟的可磨耗封嚴(yán)涂層切出自己的密封運(yùn)行軌跡，以補(bǔ)償渦輪幾何形狀的任何漸進(jìn)變化，達(dá)到氣路密封、防止氣體泄漏、提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的目的。

經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)形成了較完備的可磨耗封嚴(yán)涂層材料體系。葉尖耐磨涂層要求有較高的硬度和較低的摩擦系數(shù)，常采用金屬基陶瓷復(fù)合材料，合金基體作為粘結(jié)相并提供抗氧化性和耐腐蝕性，陶瓷顆粒則提供高硬度和高耐磨性。葉尖耐磨涂層的常用制備方法為激光熔覆技術(shù)和電鍍方法，用激光熔覆技術(shù)制備出的葉尖涂層能大幅度提高基體的硬度和耐磨性，但也存在對(duì)基體熱損傷嚴(yán)重的問題。用電鍍法制備的葉尖涂層可有效控制厚度，但涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度不高，涂層易脫落。由于粘結(jié)相與葉尖基體之間材料性質(zhì)的差異，傳統(tǒng)方法制備的葉尖涂層結(jié)合強(qiáng)度不高。傳統(tǒng)葉尖耐磨涂層結(jié)構(gòu)中，硬質(zhì)陶瓷顆粒通過粘結(jié)合金層結(jié)合在葉尖基體上，而粘結(jié)合金與葉尖基體材料屬性存在一定差異，在制備過程中葉尖基體和粘結(jié)合金被加熱到較高溫度時(shí)，界面處發(fā)生一定程度的互擴(kuò)散，容易產(chǎn)生脆性的金屬間化合物，降低涂層與葉尖基體的結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致服役過程中涂層發(fā)生脫落。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種帶有界面阻擋層的葉尖切削涂層及其制備方法，以解決涂層與葉尖基體高溫下互擴(kuò)散產(chǎn)生脆性金屬間化合物降低界面結(jié)合強(qiáng)度的技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種帶有界面阻擋層的葉尖切削涂層，包括擴(kuò)散阻擋層、粘結(jié)合金層過渡層和硬質(zhì)陶瓷顆粒，擴(kuò)散阻擋層冶金結(jié)合在葉尖基體的上方，粘結(jié)合金層冶金結(jié)合在擴(kuò)散阻擋層的上方，硬質(zhì)陶瓷顆粒單側(cè)鍍有過渡層，硬質(zhì)陶瓷顆粒中鍍有過渡層的一側(cè)與粘結(jié)合金層冶金結(jié)合。

進(jìn)一步地，所述擴(kuò)散阻擋層成分為金屬鉻、鎢、鉬、鈮和鉭中的任意一種或幾種組成的固溶體或化合物，擴(kuò)散阻擋層的厚度為1μm-5μm。

進(jìn)一步地，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述粘結(jié)合金層的成分是鎳含量大于53.0％、鉻含量6％-28％的鎳基合金，或鈦含量大于37.5％、鋯含量18％-30％、銅含量10％-20％、鎳含量5％-10％的鈦基合金。

進(jìn)一步地，所述過渡層的成分為金屬鎳、金屬鈦或氮化鎢薄膜，過渡層的厚度為0.1μm-5μm。

進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)陶瓷顆粒為金剛石顆?；蛄⒎降痤w粒，硬質(zhì)陶瓷顆粒的平均粒徑為50μm-300μm。

一種帶有界面阻擋層的葉尖切削涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、在表面潔凈且去除氧化膜的葉尖基體表面制備一層擴(kuò)散阻擋層；

步驟2、在擴(kuò)散阻擋層上制備粘結(jié)合金層；

步驟3、在硬質(zhì)陶瓷顆粒單側(cè)制備過渡層；