[發明專利]渦輪外環大厚度CoNiCrAlY封嚴涂層的制備方法和CoNiCrAlY封嚴涂層

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• 申請號: 202111488701.0
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114182250A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 江柱中;孫文;云海濤;孫訓東;諶曲平;張科杰;汪云程;黃仁忠;張遠應;郭建云
• 申請（專利權）人: 中國航發南方工業有限公司
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 李婷婷

本發明公開了一種渦輪外環大厚度CoNiCrAlY封嚴涂層的制備方法和CoNiCrAlY封嚴涂層，包括：基材表面預處理；CoNiCrAlY合金粉末準備；將CoNiCrAlY合金粉末在基材表面進行冷噴涂，沉積形成CoNiCrAlY預涂層；在CoNiCrAlY預涂層邊緣處的斜坡段，再進行冷噴涂，直至CoNiCrAlY預涂層的斜坡段消失，形成第一涂層；將CoNiCrAlY合金粉末在第一涂層上進行冷噴涂，沉積形成CoNiCrAlY預涂層，再在CoNiCrAlY預涂層邊緣處的斜坡段進行冷噴涂，直至CoNiCrAlY預涂層的斜坡段消失，形成第二涂層，重復上述操作，直至獲得厚度為1.5mm～2mm的CoNiCrAlY封嚴涂層。本發明的渦輪外環大厚度CoNiCrAlY封嚴涂層的制備方法，通過使用冷噴技術，在高溫合金的基材表面制備出涂層致密、大厚度、結合強度好、抗高溫和腐蝕性能良好的CoNiCrAlY封嚴涂層。

技術領域

本發明涉及航空發動機渦輪外環領域，特別地，涉及一種渦輪外環大厚度CoNiCrAlY封嚴涂層的制備方法。此外，本發明還涉及一種包括上述制備方法獲得的CoNiCrAlY封嚴涂層。

背景技術

渦輪外環作為航空發動機重要的熱端零部件直接與高溫燃氣接觸，服役條件十分苛刻。通常需采用抗高溫燃氣氧化與腐蝕性能優異的CoNiCrAlY作為高溫封嚴涂層。CoNiCrAlY涂層的應用一方面能夠有效減小葉尖間隙，提高發動機增壓比和渦輪效率，降低油耗；另一方面也能對渦輪外環起到良好的防護作用，對提高發動機性能和壽命有著重要作用。

CoNiCrAlY高溫封嚴涂層的服役性能與其制備工藝密切相關，目前該涂層的制備技術主要采用等離子噴涂(APS)、超音速火焰噴涂(HVOF)和真空等離子噴涂(VPS/LPPS)，其中VPS技術由于其制備的涂層致密、氧化少、結合強度高，是制備CoNiCrAlY高溫封嚴涂層的首選加工技術。但是該技術在制備封嚴涂層的過程需經歷抽真空，基體預熱、噴涂后的降溫以及退出真空氛圍等過程，因此該方法的生產效率較低、成本較高，而且涂層沉積過程中會產生較大的熱應力，增加涂層開裂的風險，導致制備大厚度(＞1.5mm)涂層尤為困難，這些特點成為采用VPS技術制備大厚度封嚴涂層的應用瓶頸。雖然近年來出現了改進工藝，通過反復噴砂、抽真空、轉移弧清理、噴涂以及擴散熱處理等步驟來緩解涂層的應力和提高結合強度，能夠實現大厚封嚴涂層的制備。但是該工藝過程較為復雜、生產效率較低、成本較高、產品質量控制難。

發明內容

本發明提供了一種渦輪外環大厚度CoNiCrAlY封嚴涂層的制備方法和CoNiCrAlY封嚴涂層，以解決真空等離子噴涂制備CoNiCrAlY高溫封嚴涂層的工藝過程較為復雜、生產效率較低、成本較高、產品質量控制難的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種渦輪外環大厚度CoNiCrAlY封嚴涂層的制備方法，包括以下步驟：

基材表面預處理；

CoNiCrAlY合金粉末準備；

將CoNiCrAlY合金粉末在基材表面進行冷噴涂，沉積形成CoNiCrAlY預涂層；

在CoNiCrAlY預涂層邊緣處的斜坡段，再進行冷噴涂，直至CoNiCrAlY預涂層的斜坡段消失，形成第一涂層；

將CoNiCrAlY合金粉末在第一涂層上進行冷噴涂，沉積形成CoNiCrAlY預涂層，再在CoNiCrAlY預涂層邊緣處的斜坡段進行冷噴涂，直至CoNiCrAlY預涂層的斜坡段消失，形成第二涂層，重復上述操作，直至獲得厚度為1.5mm～2mm的CoNiCrAlY封嚴涂層。

進一步地，在CoNiCrAlY預涂層邊緣處的斜坡段的冷噴涂過程中，噴槍噴射角度為45°～90°。