[發明專利]一種具有可磨耗封嚴涂層的復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110449251.8
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113201733B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 王強;李楠;牛文娟;李旭;韓鵬;韓瑜
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04;C22F3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種具有可磨耗封嚴涂層的復合材料及其制備方法，制備方法包括如下過程：將用于制備可磨耗封嚴涂層的材料冷噴涂至基體表面，在基體表面形成冷噴涂涂層，對所述冷噴涂涂層表面采用激光沖擊進行增強處理，在基體表面形成可磨耗封嚴涂層；以質量百分數計，所述用于制備可磨耗封嚴涂層的材料包括：50％～95％的微米鋁合金粉體，0.1％～45％的亞微米陶瓷粉體，0.05％～10％的微米潤滑相粉體。本發明采用冷噴涂方法在基體上制備可磨耗封嚴涂層，能夠避免技術在制備封嚴涂層過程中的不足，并且制備的可磨耗封嚴涂層不僅可磨耗、還具有耐磨自潤滑功能，其硬度達到了可磨耗封嚴涂層的要求。

技術領域

本發明涉及鋁基合金復合涂層制備技術領域，尤其是考慮到復合涂層的耐磨自潤滑性能以及其可磨耗的特點，具體是一種具有可磨耗封嚴涂層的復合材料及其制備方法。

背景技術

進入21世紀隨著人們對出行高效化的需求日益增加，航空工業得到迅速發展。航空發動機作為飛機的心臟，各大航空公司對其性能要求越來越高，具體為大推力、高推重比，高工作效率、低油耗等等是現階段航空發動機設計與制造的總體目標。當航空發動機的結構和材料一定時，發動機的整體氣密性成為影響整機效率及油耗的關鍵因素。

研究表明航空發動機的轉子與靜子之間，轉子葉片頂端與機匣間，轉子前后斷面與機匣間都存在著漏氣損失，這會影響壓氣機的工作效率。

有數據顯示航空發動機的渦輪，葉尖間隙與葉片長度比每增加1％發動機的油耗上升3％，而油耗占據一架飛機運營成本的53％。參照圖2(a)和圖2(b)，發動機在高速運行過程中由于裝配，離心力，熱膨脹等原因會使葉片之間產生一定的位移，所以葉片與機匣之間必須留有空隙，過大的間隙會使發動機效率降低，影響發動機的運行穩定性與安全性。為解決此類問題，目前采用可磨耗封嚴涂層減小發動機葉片尖端與機匣之間間隙，提高航空發動機的性能。

目前制備封嚴涂層的技術主要有超音速火焰噴涂、火焰噴涂、爆炸噴涂、等離子噴涂，但是此類技術在制備封嚴涂層過程中熱源溫度遠高于原材料的熔化溫度，涂層容易發生氧化、分解現象，且原料粉末粒子的飛行速度較低、扁平化效果較弱，導致涂層結構疏松、孔隙率高、結合強度低；對基體的熱輸入量大，基體易變形、開裂，嚴重影響發動機的服役壽命與服役安全。針對以上問題亟須提出一種新的封嚴涂層制備技術以滿足現階段航空發動機的服役要求。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種具有可磨耗封嚴涂層的復合材料及其制備方法，本發明采用冷噴涂方法在基體上制備可磨耗封嚴涂層，能夠避免技術在制備封嚴涂層過程中的不足，并且制備的可磨耗封嚴涂層不僅可磨耗、還具有耐磨自潤滑功能，其硬度達到了可磨耗封嚴涂層的要求。

本發明采用的技術方案如下：

一種具有可磨耗封嚴涂層的復合材料的制備方法，包括如下過程：

將用于制備可磨耗封嚴涂層的材料冷噴涂至基體表面，在基體表面形成冷噴涂涂層，對所述冷噴涂涂層表面采用激光沖擊進行增強處理，在基體表面形成可磨耗封嚴涂層；

以質量百分數計，所述用于制備可磨耗封嚴涂層的材料包括：50％～95％的微米鋁合金粉體，0.1％～45％的亞微米陶瓷粉體，0.05％～10％的微米潤滑相粉體。

優選的，冷噴涂過程中，載氣壓力為0.5～5MPa，噴涂距離為5～30mm，噴槍移動速度為10～60mm/s，噴涂溫度為100～400℃。

優選的，對冷噴涂涂層表面采用激光沖擊進行增強處理過程中，激光沖擊參數如下：激光波長500nm～2000nm，脈沖寬度10ns～50ns，光斑直徑3mm～15mm，光斑搭接率10％～70％，重復頻率1Hz～10Hz。

優選的，還包括對基體的預處理過程，包括：