专利名称：两个受保护的金属部件之间的接触表面的保护方法
技术领域：
本发明涉及一种保护经受小幅度相对移动的两个金属部件之间的接触表面的方法。本发明具体涉及涡轮喷气式发动机领域，并且特别涉及将叶片安装到一个风扇的旋转盘座上，其中叶片的根部被保持在形成于该盘座周边的槽内。本发明也涉及设有这种保护的压缩机或涡轮喷气式风扇。
背景技术：
在飞机发动机中，已知利用叶片根部承载表面上的铜镍铟涂层防止在旋转盘座和风扇叶片根部之间的小幅移动导致的磨损，所述承载表面与嵌有叶片根部的盘座槽的内侧表面相接触。这个技术已不再适用于近年来叶片负载比较重的发动机。目前仍在使用的涂层磨损太快，并且也观察到接触部件的损坏，特别是盘座承载表面的损坏。盘座有破裂的风险，并且可能有盘座自身震裂的后果。
发明内容
本发明是对一种新型涂层研究的结果，该涂层比较强固并且适于替代铜镍铟涂层。在不同的技术领域，即活塞发动机领域，已知通过沉积一层由二硫化钼和石墨的混合物微粒制成的自润滑材料来处理孔的内表面，所述微粒分布在一镍基质中。这种润滑混合物在美国专利No.5 358 753中被描述，并且其适于预防由两个接触部件、具体地讲是一个活塞和一个活塞套之间的大幅相对移动导致的磨损。本发明提出了另一种固体的润滑物，其比较适用由两个接触部件之间的小幅移动导致的剥蚀性磨损。
具体说，本发明提供了一种保护经受小幅度相对移动的两个金属部件之间接触表面的方法。该方法的特征在于，其包括一个包含将至少一个所述表面包覆在一种仅由分布在一镍基质内的石墨微粒构成的一种复合自润滑材料内的操作。
这种自润滑材料被沉积在嵌入在风扇的旋转盘座的槽内的叶片根部的至少接触区域上。
通过传统的粉末的热喷涂，利用由涂镍石墨微粒构成的所述粉末颗粒可以实现这种应用。优选地，所述热喷涂是等离子喷涂。
在一个涡轮风扇发动机中，自润滑材料涂覆到其上的金属基片(在叶片根部上)通常由钛合金制成。上述限定的自润滑材料的粘附在理论上是满足的。但是，如果需要提高这种粘附力，可以在施加自润滑材料之前在要被包覆的表面上涂覆一层粘结底层。例如，这种粘结底层可以由镍铝构成。这种材料通常在任何金属基片上结合良好。其可以通过热喷涂涂覆，在这种情况下，其呈现出的组织可有助于保持其它喷涂材料，特别是镍石墨自润滑材料。
本方法涉及包括在所述复合自润滑材料表面上喷涂另一种固体润滑材料的操作，例如，其它材料可以是二硫化钼或石墨。这种附加固体润滑物形成一个最益于降低摩擦的连续层。由于沉积物的组织包括一定量的孔隙度，所以这种涂层在镍石墨复合自润滑材料上结合较好。
上述不同材料的热喷涂优选地通过等离子喷涂实现，但是其也可使用其它已知方式包括通过激光实现。
本发明也提供了一种涡轮喷气式风扇，其包括一个旋转盘座和安装在盘座周边的叶片，所述盘座具有槽，叶片根部嵌入的所述槽中，所述风扇的特征在于，叶片根部的至少接触区域被一种涂层覆盖，所述涂层包括一层复合自润滑材料，该复合自润滑材料仅由包覆在一镍基质内的石墨微粒构成。
根据仅以示例的方式给出并参照附图所作的下述说明，本发明将易于理解并且其它优点也会显现出来。图中图1示出了一种粉末颗粒的结构，其用于在要被保护的一个金属表面上形成一层复合自润滑材料；图2是依据本发明处理的一个表面的示意性剖视图；图3是示出了用于处理叶片根部的方法中的一个步骤的执行；图4是依据本发明一个风扇的示意性局部视图。
具体实施例方式
为实现本发明，优选使用一种已知的粉末，其中每个颗粒11具有如图1中示出的结构，即它们是一种被包覆在镍13内的石墨微粒12。从这种颗粒尺寸在20μm到100μm范围内的粉末已得到满意效果。石墨重量的比例在10％到40％的范围内。
然而，颗粒的尺寸可以是更小的纳米级，通过如下所述的热喷涂方法可提供所述的颗粒尺寸。
在描述比较具体的实施例中，粉末被热喷涂，优选是利用等离子喷涂。这种喷涂(图3)是利用叶片根部20的接触区域18上的一个传统的等离子喷枪16完成的。应该知道叶片根部是风扇叶片嵌入在所述风扇的旋转盘座上的槽内的部分。如图2所示，当热度可导致一层复合自润滑材料32形成在所述接触区域上时喷涂粉末，这种涂层由此由分布在一个镍基质内的石墨微粒制成。在热喷涂过程中，通过镍熔化，颗粒开始彼此焊接，由此自润滑材料层的厚度内具有大批包埋在其内的石墨微粒，它们规则地分布在镍内。
该方法可通过将另一种固体润滑材料24喷涂在本方法中沉积的复合自润滑材料表面上完成，所述另一种材料形成一粘附到镍石墨层22表面上的均匀层。该另一种固体润滑材料可以是二硫化钼或石墨，特别是，其可以是两者的混合物。其良好地粘附上先前沉积的镍石墨层上。这种附加固体润滑剂的厚度范围在10μm到50μm。
这种附加层提高了镍石墨层的润滑作用，这种镍石墨层仅在当均匀的固体润滑剂已经消耗时开始全部起作用。由此在任何损坏出现之前增加了接触寿命。当使用这种新型涂层28时，实验已经显示在修理其叶片根部之前涡轮风扇的寿命可被提高十倍，其中，涂层28至少包括涂层22，优选地包括涂层24，以及可选包括一粘结底层(未示出)。
镍石墨层22的厚度可以在50μm到200μm的范围内。其可以直接沉积在金属基片26上，即直接沉积在构成叶片根部20的金属上，具体地，这种金属可以是一种钛合金。然而，如果需要增强镍石墨层和金属基片26之间的粘结力，也可以(在沉积镍石墨层之前)喷涂一种粘结底层，如镍铝层。
本发明还提供了一种涡轮喷气式风扇，其包括一个旋转盘座30和安装在该盘座周边的叶片32。所述盘座包括槽34，叶片根部嵌入其中，以及叶片根部的接触区域被依照上述说明覆盖一层涂层28，其包括至少一层复合自润滑材料，该材料仅由分布在一个镍基质内的石墨微粒构成。所述涂层可包括覆盖复合自润滑材料层(如图2所示)的另一层固体润滑层。该另一层润滑层可包括石墨和/或二硫化钼。
例如，一种由镍铝制成的粘结底层可以沉积到叶片根部(传统的由钛合金制成)上，在上述复合自润滑材料层的下方。
已经在下述条件下已经进行了对比实验。风扇叶片根部被如上所述处理。其它部分被包覆传统的铜镍铟。叶片被安装在一个单独的旋转盘座上，该盘座在发动机上进行8000转的实验。在这个周期结束时，可观察到铜镍铟涂覆的叶片根部因磨损损坏并且观察到涂层剥落。而已经依据本发明处理过的叶片根部没有损坏。
为沉积镍铬(NiGr)，应满足下述给出的操作条件·等离子喷涂400安培(A)，在55伏(V)电压下；·镍铬粉末的颗粒尺寸为50μm；·喷嘴到部件的距离120毫米(mm)；·喷涂速度每秒320毫米(mm/s)；·两个部件之间的位移为6mm；以及·涂层的厚度为150μm。
权利要求
1.经受小幅度相对移动的两个金属部件之间的接触表面的保护方法，其特征在于，该方法包括下述操作将至少一个所述表面包覆在一种复合自润滑材料(22)中，该自润滑材料仅由分布在镍基质(13)内的石墨微粒(12)构成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，这种自润滑材料被用于包覆涡轮喷气式压缩机叶片根部的接触区域(18)。
3.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括热喷涂一种粉末(11)，所述粉末的颗粒由包覆在镍(13)内的石墨微粒(12)构成。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热喷涂是等离子喷涂。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述粉末的颗粒尺寸在20μm到100μm的范围内。
6.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，石墨重量的比例在10％到40％的范围内。
7.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括下述操作，在涂覆所述的自润滑材料之前，在所述金属部件上沉积一种粘结底层。
8.如权利要求7所述的方法，其物征在于，所述粘结底层由镍铝材料制成。
9.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括下述操作，在所述复合自润滑材料的表面上喷涂至少一种其它的固体润滑材料(22)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，这种固体润滑材料(24)包括二硫化钼。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，这种固体润滑材料(24)包括石墨。
12.一种涡轮喷气式风扇，其包括一个旋转盘座(30)和安装在盘座周边的叶片(32)，所述盘座具有槽(34)，叶片根部嵌入该槽(34)中，其特征在于，所述叶片根部(20)的至少接触区域(18)被一涂层(28)包覆，所述涂层(28)包括一层复合自润滑材料，该复合自润滑材料仅由包覆在一个镍基质内的石墨颗粒构成。
13.如权利要求12所述的风扇，其特征在于，所述涂层包括一个粘结底层，例如镍铝层。
14.如权利要求12所述的风扇，其特征在于，所述涂层包括包覆所述复合自润滑材料层的另一层固体润滑层(24)。
15.如权利要求14所述的风扇，其特征在于，所述另一层包括石墨和/或二硫化钼。
全文摘要
一种保护需要相对移动的两个金属部件接触表面的方法。所述方法包括将所述表面的至少一个包覆在一种复合自润滑材料(22)内，该材料仅由分布在一个镍基质(13)内的石墨微粒(12)构成。
文档编号C10M103/02GK1763236SQ20051008324
公开日2006年4月26日 申请日期2005年7月7日 优先权日2004年7月7日
发明者列昂尼德·列斯涅夫斯基, 亚历山大·特罗申, 若埃尔·维尼奥 申请人:Snecma发动机公司