一种航空发动机刷式封严涂层及涂覆方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表面处理技术，涉及一种改进的航空发动机刷式封严涂层及涂覆方法。
【背景技术】
[0002]在航空发动机和燃气轮机的设计中，为提高压气机的工作效率，需采取间隙控制措施。研究表明，改进和发展密封技术对进一步提高涡轮发动机性能具有重要的作用，它是一种收益大、耗资小的技术途径。与篦齿密封相比，刷式密封具有泄漏量很低、环境适应性较强等众多的优点，能够较大地提高涡轮发动机的推重比和降低油耗。因此，刷式密封是公认的篦齿密封的最简单、最实用、最有效的替代产品，在国外已进入航空发动机的应用推广阶段。刷式密封主要由刷环和对偶跑道组成。对偶跑道一般是由导热性能好的合金钢制造，在与刷丝相摩擦的表面上喷涂耐磨涂层，该涂层一方面提高密封跑道的使用寿命，同时要求具有自润滑性能，减少使用过程中刷丝的磨损，因此刷封跑道耐磨涂层是刷式密封结构的重要组成部分，是刷式密封结构高可靠性、长寿命的重要保证。爆炸喷涂耐磨涂层工艺技术与其它热喷涂工艺如等离子(APS)、超音速火焰喷涂(HVOF)等工艺相比较，由爆炸喷涂工艺获得的涂层具有最高的结合强度、最高的致密度，对基体材料的热影响最小的特点。
[0003]目前的航空发动机刷式封严涂层由粘结层和表面层组成，粘结层材料由镍铬铝坦等粉末构成，涂覆在对偶跑道上，表面层材料含氟化钡的碳化铬粉末构成，涂覆在粘结层的外面。这种刷式封严涂层的缺点是:结构涂层间涂层转换突变，导致涂层间应力集中，梯度场差，结合力低，使用过程中涂层易剥落。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提出一种改进的类似梯度结构航空发动机刷式封严涂层及涂覆方法，采用改方法制备刷式封严涂层，能够有效缓解结构涂层间涂层转换突变，所导致的涂层间应力集中，梯度场差，结合力低，使用过程中涂层易剥落，有效地缓解了层间应力集中和应变问题。
[0005]本发明的技术方案是:一种航空发动机刷式封严涂层，包括涂覆在鼓筒轴或封严环外圆柱面上的粘结层、过渡层和表面层，粘结层材料由钴镍铬铝钇粉末构成，表面层材料含氟化物的碳化铬粉末构成；其特征在于:在粘结层和表面层之间有一层过渡层，过渡层材料是钴镍铬铝钇粉末和含氟化物的碳化铬粉末的混合物，钴镍铬铝钇粉末的重量占中间层粉末重量的40%?60% ;过渡层涂覆在粘结层的外面，表面层涂覆在过渡层的外面。
[0006]—种发动机刷式封严涂层的涂覆方法，采用爆炸喷涂设备向鼓筒轴或封严环外圆柱面上涂覆刷式封严涂层，其特征在于，涂覆的步骤如下:
[0007]1、零件表面除油:将零件浸泡在丙酮或工业洗涤汽油中，浸泡时间至少lOmin，然后取出晾干；
[0008]2、零件表面防护:采用耐高温胶带覆盖零件的非喷涂区域进行防护；
[0009]3、零件表面吹砂:采用粒度为20#或60#的刚玉砂对零件喷涂区域进行干吹砂。吹砂参数:吹砂角度为大于45°小于85°，风压为0.14?0.28MPa，吹砂距离为200?450mm ；
[0010]4、喷涂粘结层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂粘结层，粘结层材料由钴镍铬铝钇粉末构成。喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.5?2.5bar，氧气压力为0.5?2.5bar，氮气压力为0.5?2.5bar。气体控制时间:乙块为5?45ms，丙烧为5?40ms ;氧气为5?45ms，氮气为130?220ms，送粉为110?160ms，喷涂距离为200 ?300mm ；
[0011]5、喷涂过渡层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂过渡层，中间层材料是钴镍铬铝钇粉末和含氟化物的碳化铬粉末的混合物，钴镍铬铝钇粉末的重量占中间层粉末重量的40%?60%。喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.5?2.5bar，氧气压力为0.5?2.5bar，氮气压力为0.5?2.5bar。气体控制时间:乙炔为5?50ms，丙烧为5?35ms ;氧气为5?45ms，氮气为130?250ms，送粉为100?150ms，喷涂距离为200 ?300mm ；
[0012]6、喷涂表面层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂表面间层，表面层材料含氟化物的碳化铬粉末构成，喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.5?2.5bar，氧气压力为0.5?2.5bar，氮气压力为0.5?2.5bar。气体控制时间:乙块为5?60ms，丙烧为5?55ms ;氧气为5?60ms，氮气为130?250ms，送粉为80?160ms，喷涂距离为200?300mm。
[0013]本发明的优点是:提出了一种改进的航空发动机刷式封严涂层及涂覆方法，有效地解决了双层结构涂层间转换突变，导致的涂层间应力集中，梯度场差，结合力低，使用过程中涂层易剥落问题。过渡层的加入形成了类似梯度结构，有效地缓解了涂层间应力集中的问题，满足了我国航空发动机高性能刷式封严涂层研制的需要。
【具体实施方式】
[0014]下面对本发明做进一步详细说明。一种航空发动机刷式封严涂层，包括涂覆在鼓筒轴或封严环外圆柱面上的粘结层、过渡层和表面层，粘结层材料由钴镍铬铝钇粉末构成，表面层材料含氟化物的碳化铬粉末构成；其特征在于:在粘结层和表面层之间有一层过渡层，过渡层材料是钴镍铬铝钇粉末和含氟化物的碳化铬粉末的混合物，钴镍铬铝钇粉末的重量占中间层粉末重量的40%?60% ;过渡层涂覆在粘结层的外面，表面层涂覆在过渡层的外面。
[0015]—种发动机刷式封严涂层的涂覆方法，采用爆炸喷涂设备向鼓筒轴或封严环外圆柱面上涂覆刷式封严涂层，其特征在于，涂覆的步骤如下:
[0016]1、零件表面除油:将零件浸泡在丙酮或工业洗涤汽油中，浸泡时间至少lOmin，然后取出晾干；
[0017]2、零件表面防护:采用耐高温胶带覆盖零件的非喷涂区域进行防护；
[0018]3、零件表面吹砂:采用粒度为20#或60#的刚玉砂对零件喷涂区域进行干吹砂。吹砂参数:吹砂角度为大于45°小于85°，风压为0.14?0.28MPa，吹砂距离为200?450mm ；
[0019]4、喷涂粘结层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂粘结层，粘结层材料由钴镍铬铝钇粉末构成。喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.5?2.5bar，氧气压力为0.5?2.5bar，氮气压力为0.5?2.5bar。气体控制时间:乙块为5?45ms，丙烧为5?40ms ;氧气为5?45ms，氮气为130?220ms，送粉为110?160ms，喷涂距离为200 ?300mm ；
[0020]5、喷涂过渡层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂过渡层，中间层材料是钴镍铬铝钇粉末和含氟化物的碳化铬粉末的混合物，钴镍铬铝钇粉末的重量占中间层粉末重量的40%?60%。喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.5?2.5bar，氧气压力为0.5?2.5bar，氮气压力为0.5?2.5bar。气体控制时间:乙炔为5?50ms，丙烧为5?35ms ;氧气为5?45ms，氮气为130?250ms，送粉为100?150ms，喷涂距离为200 ?300mm ；
[0021]6、喷涂表面层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂表面间层，表面层材料含氟化物的碳化铬粉末构成，喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.5?2.5bar，氧气压力为0.5?2.5bar，氮气压力为0.5?2.5bar。气体控制时间:乙块为5?60ms，丙烧为5?55ms ;氧气为5?60ms，氮气为130?250ms，送粉为80?160ms，喷涂距离为200?300mm。
[0022]实施例1，某型航空发动机前跑道采用爆炸涂覆工艺方法制备封严涂层。
[0023]粉末组成:粘结层粉末是钴镍铬铝钇粉末组成，其中成分含量为钴32镍21铬8铝0.5钇，粉末粒度为-63?+45 μm，粉末的重量百分比为100% ;过渡层粉末是钴镍铬铝钇粉末和含氟化物的碳化铬的混合物，钴镍铬铝钇粉末的重量占中间层粉末重量的40% ;表层粉末是含氟化物的碳化铬粉末。涂覆的步骤如下:
[0024]1、步零件表面除油:将零件浸泡在丙酮或工业洗涤汽油中，浸泡时间25min，然后取出晾干；
[0025]2、零件表面防护:采用耐高温胶带覆盖零件的非喷涂区域进行防护；
[0026]3、零件表面吹砂:采用粒度为20#的刚玉砂对零件喷涂区域进行干吹砂。吹砂参数:吹砂角度为大于45°小于85°，风压为0.14MPa，吹砂距离为200mm ；
[0027]4、喷涂粘结层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂粘结层，粘结层材料由钴镍铬铝钇粉末构成，其中成分含量为钴32镍21铬8铝0.5钇，粉末粒度为-63?+45 μ m，钴镍铬铝钇粉末的重量百分比为100%。喷涂参数:乙炔压力为0.8bar，丙烷压力为0.8bar，氧气压力为0.8bar，氮气压力为1.0bar。气体控制时间:乙炔为10ms，丙烧为15ms ;氧气为10ms，氮气为130ms，送粉为110ms，喷涂距离为200mm，涂层厚度为0.1mm ；
[0028]5、喷涂过渡层:采用爆炸喷涂设备，向零件的喷涂区域喷涂过渡层，中间层材料是钴镍铬铝钇粉末和含氟化物的碳化铬粉末的混合物，钴镍铬铝钇粉末的重量占中间层粉末重量的40 %。喷涂参数:乙炔压力为0.5?1.5bar，丙烷压力为0.8bar，氧气压力为0.8bar，氮气压力为1.