一种多孔可磨耗封严涂层及其制备方法

本发明涉及机械涂层制备领域，具体涉及一种多孔可磨耗封严涂层及其制备方法。

背景技术：

1、高性能航空发动机对效率和安全性都有更高的要求，而机匣与叶尖之间的间隙大小是影响发动机性能的关键因素。为保证发动机的高效，该间隙不宜过大。而间隙过小时，发动机运行过程中离心、喘振等因素会使得叶尖与机匣内壁发生碰摩而损坏叶尖。因此，常采用可磨耗封严涂层的封严技术达到气路密封、保护叶尖的目的。

2、目前常用的可磨耗多孔封严涂层，主要是由热喷涂方法制备而成，其得到的涂层的孔隙率低，不利于提高可磨耗性，且涂层中孔隙结构主要以片层孔为主，片层孔在服役过程中发生碰摩时易发生表面致密化，导致可磨耗性具有时效性，降低涂层使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多孔可磨耗封严涂层及其制备方法，所述涂层具有高的可磨耗性，从而达到保护叶尖的目的。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种多孔可磨耗封严涂层，所述多孔可磨耗封严涂层包括基相涂层和类球形孔，所述类球形孔均匀分布在所述基相涂层内，所述类球形孔的孔径为10～150μm。

4、优选的，所述基相涂层包括第一固相和第二固相，第一固相分布在第二固相中；第一固相为ni、nio、al或zn；第二固相为ysz或mcralx合金，其中m表示ni或co或nico合金或coni合金，x表示比al元素还原性强的金属元素。

5、优选的，所述类球形孔在所述基相涂层内形成的孔隙率为40％～70％。

6、所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，包括：

7、(1)制备第一粉末，所述第一粉末具有复合结构，所述复合结构包括包覆内芯和包覆在包覆内芯外表面的包覆外壳，所述包覆外壳的熔点低于所述包覆内芯的熔点；

8、(2)将所述第一粉末和第二粉末热喷涂在基体上，形成初始涂层；其中，在热喷涂时，所述第一粉末的包覆外壳全部熔融或部分熔融，包覆内芯不熔融；

9、(3)将所述初始涂层在含氧氛围及预设温度下进行氧化，所述包覆内芯在氧化后蒸发，形成所述多孔可磨耗封严涂层。

10、优选的，步骤(1)中，所述包覆外壳为熔点低于2100℃的金属或金属氧化物；所述包覆内芯为熔点高于1500℃的金属材料。

11、进一步的，所述包覆外壳为ni、nio、al或zn；所述包覆内芯为mo。

12、优选的，步骤(1)中，所述第二粉末为ysz或nicraly合金。

13、优选的，步骤(1)中，所述第二粉末体积占第一粉末和第二粉末总体积的20～80％。

14、优选的，步骤(2)具体为：将第一粉末与第二粉末混合得到混合粉末，将混合粉末热喷涂在基体上；或者，将第一粉末单独热喷涂在基体上，同时，将第二粉末单独热喷涂在基体上。

15、优选的，步骤(3)中，所述预设温度为600～800℃。

16、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

17、本发明提供的多孔可磨耗封严涂层，具有类球形孔，类球形孔在磨耗过程中不易发生表面致密化，在磨耗过程中，涂层被碰摩到的地方因为类球形孔的存在发生压溃产生退让，且不影响涂层其他地方的结合，即“碰哪哪碎”，因此提高了涂层的可磨耗性，使得在整个服役过程中涂层能保持很好的可磨耗性，延长涂层使用寿命。

18、本发明提供了多孔可磨耗封严涂层的制备方法，该方法以包含复合结构的第一粉末和第二粉末为原料来制备多孔可磨耗封严涂层，所述复合结构包括包覆外壳和包覆内芯，包覆外壳的熔点显著低于包覆内芯的熔点，在热喷涂过程中第一粉末包覆外壳部分或全部熔融，第二粉末熔融或不熔融，而包覆内芯并不熔融，包覆内芯在后续高温处理时氧化挥发，从而在涂层中留下类球形孔结构，以此形成多孔可磨耗封严涂层。本发明制备方法使得涂层孔隙率更高并且可控、孔隙分布更均匀，提高孔隙率可以降低其硬度提高可磨耗性。本发明制备的具有类球形孔的涂层在磨耗过程中不会发生表面致密化，在整个服役过程中涂层保持很好的可磨耗性，延长涂层使用寿命。

技术特征：

1.一种多孔可磨耗封严涂层，其特征在于，所述多孔可磨耗封严涂层包括基相涂层和类球形孔，所述类球形孔均匀分布在所述基相涂层内，所述类球形孔的孔径为10～150μm。

2.根据权利要求1所述的多孔可磨耗封严涂层，其特征在于，所述基相涂层包括第一固相和第二固相，第一固相分布在第二固相中；第一固相为ni、nio、al或zn；第二固相为ysz或mcralx合金，其中m表示ni或co或nico合金或coni合金，x表示比al元素还原性强的金属元素。

3.根据权利要求1所述的多孔可磨耗封严涂层，其特征在于，所述类球形孔在所述基相涂层内形成的孔隙率为40％～70％。

4.权利要求1～3任一项所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述包覆外壳为熔点低于2100℃的金属或金属氧化物；所述包覆内芯为熔点高于1500℃的金属材料。

6.根据权利要求5所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，所述包覆外壳为ni、nio、al或zn；所述包覆内芯为mo。

7.根据权利要求4所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第二粉末为ysz或nicraly合金。

8.根据权利要求4所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第二粉末体积占第一粉末和第二粉末总体积的20～80％。

9.根据权利要求4所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体为：将第一粉末与第二粉末混合得到混合粉末，将混合粉末热喷涂在基体上；或者，将第一粉末单独热喷涂在基体上，同时，将第二粉末单独热喷涂在基体上。

10.根据权利要求4所述的多孔可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述预设温度为600～800℃。

技术总结
本发明提供一种多孔可磨耗封严涂层及其制备方法，所述多孔可磨耗封严涂层包括基相涂层和类球形孔，所述类球形孔均匀分布在所述基相涂层内，所述类球形孔的孔径为10～150μm。本发明提供的多孔可磨耗封严涂层，具有类球形孔，类球形孔在磨耗过程中不易发生表面致密化，在磨耗过程中，涂层被碰摩到的地方因为类球形孔的存在发生压溃产生退让，且不影响涂层其他地方的结合，因此提高了涂层的可磨耗性，使得在整个服役过程中涂层能保持很好的可磨耗性，延长涂层使用寿命。

技术研发人员：杨冠军,康岩,陈林,李长久
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19