[發明專利]一種邊界顆粒等尺寸包絡突出的葉尖切削涂層及制備方法

有效

• 申請號: 202011034082.3
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112251707B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 楊冠軍;石秋生;劉梅軍;趙夢琪;李長久
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/137;C23C4/18;C23C4/06;C23C4/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種邊界顆粒等尺寸包絡突出的切削涂層及其制備方法，屬于材料表面改性和涂層技術領域。一種邊界顆粒等尺寸包絡突出的葉尖切削涂層，包含粘結合金層和硬質陶瓷顆粒，一部分硬質陶瓷顆粒通過粘結合金層結合在葉尖端面上，另一部分硬質陶瓷顆粒等尺寸包絡在葉尖端面的邊界處且突出于葉尖端面的邊界處，等尺寸包絡在葉尖端面的邊界處的硬質陶瓷顆粒中有超過50％的大顆粒硬質陶瓷顆粒的遠端點到葉尖端面邊界處的距離相等，大顆粒硬質陶瓷顆粒的遠端點到葉尖端面邊界的距離為硬質陶瓷顆粒平均粒徑的0.1?0.25倍。硬質陶瓷顆粒邊界顆粒等尺寸包絡突出部分既保證了涂層可有效保護葉尖，又保證了切削后的機匣內壁涂層平齊、封嚴效果良好。

技術領域

本發明涉及材料表面改性和涂層技術領域，具體涉及一種邊界顆粒等尺寸包絡突出的切削涂層及制備方法。

背景技術

隨著能源危機加劇，提高發動機效率、降低油耗成為了目前航空發動機的研究熱點之一。在現代航空燃氣渦輪發動機中，葉尖間隙對壓氣機與渦輪效率有很大影響。研究表明，葉尖間隙每增加葉片長度的1％，效率約降低1.5％；而效率每降低l％，耗油率約增加2％。因此，降低葉尖間隙是提高發動機效率、降低油耗的有效方法。但葉尖間隙也不能過小，因為過小的間隙，引起轉子和靜子的刮擦磨損及機匣、葉片的損傷，嚴重時甚至會導致發動機出現重大故障危及發動機的安全。為提高發動機效率，保護葉片和機匣不受刮擦損傷，在航空發動機氣路密封的設計與開發中引入耐磨封嚴涂層，維持最小氣路間隙以提高發動機性能。同時為了防止摩擦中葉片過熱(最后斷裂)，葉尖涂有陶瓷耐磨顆粒可以保護葉片基體。

葉尖涂層就是采用先進的工藝在葉片尖端涂覆一層材料，防止轉、靜子零件直接碰磨，防止正常碰磨熱量積累和傳導到葉片基體上。葉尖涂層常采用金屬基陶瓷復合材料，陶瓷顆粒通過合金粘結相固定在葉尖端面，從而在保證涂層與基體形成良好結合的前提下提高葉尖的硬度及耐磨性。然而隨著葉片結構日趨復雜，葉尖與機匣的相對運動方式更加多樣化。傳統的葉尖涂層結構難以將葉片尖端充分保護，葉尖端面邊界常因缺少硬質顆粒而與機匣涂層直接碰摩。葉尖端面邊界處硬質顆粒的任意分布會導致機匣涂層被切削后凹痕形狀等不規則，從一定程度上降低封嚴效果。此外，葉尖耐磨涂層的常用制備方法主要有激光熔覆技術和電鍍方法，用兩種方法制備出的葉尖涂層都具有良好的耐磨性，但葉尖端面邊界處硬質陶瓷顆粒存在分布不夠飽滿和結合不牢固的問題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供了一種邊界顆粒等尺寸包絡突出的葉尖切削涂層及制備方法，以解決葉尖端面邊界硬質陶瓷顆粒分布無規律性且與葉尖端面結合不牢固的技術問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種邊界顆粒等尺寸包絡突出的葉尖切削涂層，包含粘結合金層和硬質陶瓷顆粒，一部分硬質陶瓷顆粒通過粘結合金層結合在葉尖端面上，另一部分硬質陶瓷顆粒等尺寸包絡在葉尖端面的邊界處且突出于葉尖端面的邊界處，等尺寸包絡在葉尖端面的邊界處的硬質陶瓷顆粒中有超過50％的大顆粒硬質陶瓷顆粒的遠端點到葉尖端面邊界處的距離相等，大顆粒硬質陶瓷顆粒的遠端點到葉尖端面邊界的距離為硬質陶瓷顆粒平均粒徑的0.1-0.25倍，其中大顆粒硬質陶瓷顆粒為粒徑大于硬質陶瓷顆粒平均粒徑0.8倍的硬質陶瓷顆粒。

進一步地，葉尖端面0.5倍硬質陶瓷顆粒粒徑范圍以內，硬質陶瓷顆粒均勻分布；葉尖端面0.5倍硬質陶瓷顆粒粒徑以外的硬質陶瓷顆粒的面密度低于葉尖端面0.5倍硬質陶瓷顆粒粒徑以內的硬質陶瓷顆粒的面密度，葉尖端面0.5倍硬質陶瓷顆粒粒徑以外的硬質陶瓷顆粒的體密度與葉尖端面0.5倍硬質陶瓷顆粒粒徑以內的硬質陶瓷顆粒的體密度相等。

進一步地，所述硬質陶瓷顆粒為立方氮化硼顆粒或金剛石顆粒，所述硬質陶瓷顆粒平均粒徑為50μm-350μm。

進一步地，所述粘結合金成分為鎳含量大于53％、鉻含量為6％-28％的鎳基合金或鈦含量大于40％、鋯含量為18％-30％、銅含量為10％-25％、鎳含量為5％-10％的鈦基合金。