专利名称：一种转子叶片的功能梯度涂层的制作方法
技术领域：
本发明属于功能梯度涂层、功能梯度材料技术制备领域，特别是其中的一种自蔓 延合成法制备转子叶片陶瓷金属功能梯度涂层的方法。
背景技术：
为了获得更好的能源效率和更大的发动机推力，航空发动机转子叶片工作温度已 高达1300°C以上，仅靠叶片材料物理力学性能的提高和结构设计的改良，已经无法满足高 速发展的航空发动机工业的需求，高温防冲击涂层技术已必不可少。普通高温防护涂层 热应力过大，容易发生损伤失效，且涂层耐热冲击、颗粒冲击性能无法满足航空发动机的需 求。功能梯度涂层材料组成成分成梯度分布，物理力学性能连续变化，这种变化能满足热冲 击、颗粒冲击的工作环境对材料的要求。
发明内容
本发明的目的，是提供一种自蔓延合成法制备陶瓷金属梯度涂层的方法，本发明 目的在于为航空发动机转子叶片提供一种寿命长、耐高温冲击、耐颗粒冲击的高效涂层。航 空发动机叶片常年在高温与颗粒冲击环境里工作，飞机在起飞和降落中受到冲击载荷的作 用，在冲击等力学因素的作用下，转子叶片的寿命大幅度降低，对安全的工作环境造成了极 大的威胁。因此，通过有效的防护手段，提高飞机的构件寿命变成了引人注意的研究方向。本发明提供一种用于航空发动机转子叶片的梯度涂层，该涂层是由陶瓷和金属构 成。本发明提供的梯度涂层成分为TiC 20% 30%、TiN 10% 15%、Ni 10% 15%、 Mo 5% 10%、W 5% 10%、A1203 20% 30%。本发明提供用于航空发动机转子叶片的梯度涂层，其制备的陶瓷层常用自蔓延高 温合成工艺，功率为20 37kW。金属层的制备采用火焰喷涂工艺，其火焰喷涂的燃料为煤 油、丙烷、乙炔或其它可燃气体。本发明提供的用于转子叶片梯度涂层自蔓延合成工艺其制 备涂层所采用的氧化铝、三氧化二铝粉末是气体雾化法制备的球形自蔓延粉末。粒度范围 为180 360目。本发明提供的自蔓延合成工艺其TiC、TiN粉末，粉末粒度范围为90 280目，控制反应原料的自蔓延加速度在100 1200m/s2，涂层的偏压为-90 120V，真空 度为0. 12 0. 35Pa。这种梯度涂层由于Ni、Mo、W的适量加入，有效增强了涂层界面的结 合，减少了 TiN、TiC中孔洞的数量和直径，消除了涂层内部的孔洞与缺陷，改善了涂层的致 密性，在1300°C高温下，具有高的致密性，高的抗冲击性，耐热性和搞颗粒冲蚀能力，适用于 航空发动机转子叶片的防护涂层。自蔓延喷涂设备电流470A，电压72V，送粉速率为102g/ min,自蔓延距离为53mm，涂层厚度为0. 001 0. 2mm。本发明的优点为工艺简单，可制备多种不同要求的转子叶片梯度涂层。利用成分 调配和工艺参数的控制在不需要对设备进行改造的前提下，解决了 Tie、TiN梯度涂层于防 热冲击性和抗离子冲蚀领域的针孔、孔洞等问题。
图1为航空发动机转子叶片的三维图形；图2为航空发动机叶片的三维图形；图3为航空发动机叶片梯度涂层的分层图。
具体实施例方式实施例1 =TiC 粉 15g，Al2O3 粉 27g，TiN 粉 109g, Ni 粉 7g，Mo 粉 29g，W 粉 62g，混 合均勻，装入壁厚6mm，长120mm的形枪中，卡在自蔓延合成机上。将形枪装在自蔓延燃烧机 上点燃，TiC、TiN、Al203延梯度方向变化。实施例2 :TiC 粉 53g，TiN 粉 96g，粒径小于 102 μ m，Al2O3 粉 31 lg，Ni 粉 102g，Mo 粉93g，W粉28g混合均勻可制得满足抗颗粒冲击的、抗高温的陶瓷金属梯度涂层。
权利要求
一种自蔓延合成法制备转子叶片梯度涂层。其特征在于将TiC、TiN粉末与Al2O3粉、Ni粉、Mo粉、W粉混合均匀，在自蔓延高温作用下，生成了氧化铝和各金属液分层，金属相、陶瓷相根据密度不同开始分层，成梯度变化。冷却后，去除杂质得到功能梯度涂层。
2.按权力要求书1所述方法，其特征在于用TiC、TiN粉末占粉末总重量的30% 45%。
3.按权力要求书1所述，其特征在于采用TiC、TiN混合粉末，TiC、TiN按下式比例 TiC/TiN/Al203-Ni/Mo/ff = TiC+TiN+Al203+XNi+YM。+Zw，要求 X+Y+Z 在 20% 35%之间。
4.Ni、Mo、W 的粒径分别为 22μπι、28μπι、18μπι，纯度为 99. 2%0
全文摘要
提供了一种用自蔓延合成法制备航空发动机等转子叶片的梯度涂层方法。将碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)三氧化二铝(Al2O3)按照TiC 20％～30％、TiN 10％～15％、Ni 10％～15％、Mo 5％～10％、W 5％～10％、Al2O3 20％～30％比例分布。功能梯度涂层材料特征在于制得的梯度涂层，热应力缓和无明显界面。在1300℃高温下，具有良好的搞热冲击和颗粒冲击的能力，适用于高温防护领域，解决了梯度涂层应用于高温防护领域的热冲击、颗粒冲击等问题。
文档编号F01D5/28GK101935818SQ201010276869
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者李永, 舒畅 申请人:北京理工大学