一种复合材料叶片保护方法与流程

本申请涉及航空技术领域，尤其涉及一种复合材料叶片保护方法。

背景技术：

树脂基复合材料叶片是现代航空涡扇发动机减重的重要手段，但是由于符合材料本身特性的原因，在服务环境条件下，复合材料叶片前缘非常易于出现由于异物及砂砾等撞击或冲刷造成的损伤，如图1所示，o处即为意外损伤处。因此通常需要在叶片前缘安置v型金属保护壳以提高复合材料叶片的抗冲刷能力，目前常用的制造方法包括数控加工、热成型和冷喷涂等。

v型金属保护壳可以通过机加工+胶结的方法实现对复合材料叶片的保护，由于与复合材料叶片存在应变差异，而且在发动机工作过程中前缘会产生温升，v型金属保护壳会与其保护的复合材料叶片分开，二者之间的夹杂颗粒进一步加剧损伤，从而造成保护失效、叶片断裂。而且随着发动机效率的提高，叶片形状日益复杂，增加了这种方法应用的难度。

目前v型金属壳的制造方法包括数控加工、热成型。数控加工法采用棒材或模锻件进行，存在成本高、产出率低、污染环境等缺点，尤其是当加工类似金属保护壳这种薄壁、复杂形状的零件，这些缺点更加突出。热成型工艺，由于存在复合材料无法承受的高温工艺过程，因此其制造的金属保护壳无法直接覆盖于复合材料叶片表面。为此有人提出用冷喷涂技术在复合材料叶片表面直接制造金属包边，但是也存在与复合材料基体结合不好以及涂层易开裂的缺点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种复合材料叶片保护方法。

本发明实施例提供了一种复合材料叶片保护方法，所述方法包括：

在复合材料叶片的待保护表面涂覆底层；

在底层表面涂覆中间层；

在中间层表面涂覆耐冲蚀层。

优选地，所述底层的材料为铜、镍或铜镍混合物。

优选地，所述底层的厚度为0.1mm-0.3mm。

优选地，所述中间层的材料为钛、铝、镍或钛铝镍合金。

优选地，所述中间层的厚度为0.1mm-0.5mm。

优选地，所述耐冲蚀层的材料为金属和硬质颗粒的混合物。

优选地，所述耐冲蚀层材料中的金属为钛、铝、镍或钛铝镍合金，硬质颗粒为碳化钨、碳化铬、氮化钛、硼化钛或碳化钛中的一种或几种的组合，所述硬质颗粒的含量为20wt％-40wt％。

优选地，所述耐冲蚀层的厚度为0.2mm-0.4mm。

优选地，在所述在复合材料叶片表面涂覆底层之前，所述方法还包括：对复合材料叶片进行粗化和/或敏化。

优选地，在所述在复合材料叶片表面涂覆底层之前，所述方法还包括：对复合材料叶片上的除待保护表面以外的其他区域进行密封防护。

本发明的有益效果如下：本发明通过在叶片表面涂覆底层提高了叶片与外部保护涂层之间的结合效果。同时采用中间层和耐冲蚀层的涂层结构，既能够保证涂层整体的抗冲刷能力，又能够提高金属保护涂层的韧性，降低了涂层开裂的可能性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为复合材料叶片前缘的意外损伤处示意图；

图2为本发明实施例所述的复合材料叶片保护方法的流程图；

图3为本发明实施例所述的金属保护层的组成示意图；

图4为本发明实施例所述的金属保护层的截面示意图。

附图标记：

1、复合材料叶片，2、底层，3、中间层，4、耐冲蚀层，5、金属保护层，6、硬质颗粒。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图2所示，本实施例提出了一种复合材料叶片保护方法，所述方法包括：

s102、在复合材料叶片1的待保护表面涂覆底层2；

s104、在底层2表面涂覆中间层3；

s106、在中间层3表面涂覆耐冲蚀层4。

具体的，如图3和图4所示，本实施例所述复合材料叶片保护方法的实质是在叶片表面涂覆金属保护层5，该金属保护层5包括底层2、中间层3和耐冲蚀层4三部分。

本实施例中首先采用化学镀或电镀的方法在复合材料叶片1表面形成金属底层2，底层2材料可以为铜、镍或二者混合，底层2的厚度控制在0.1mm-0.3mm。

然后再采用冷喷涂的方式制备纯金属中间层3，中间层3的材料可以是钛、铝、镍或其合金。中间层3的厚度可达0.1mm-0.5mm。

最后在中间层3的表面制备由金属和硬质颗粒6组成的耐冲蚀层4，金属可以为钛、铝、镍或钛铝镍合金，硬质颗粒6为碳化钨、碳化铬、氮化钛、硼化钛或碳化钛中的一种或几种的组合，所述硬质颗粒6的含量为20wt％-40wt％，耐冲蚀层4的厚度为0.2mm-0.4mm。

通过上述底层2、中间层3和耐冲蚀层4的结构，能够使涂层之间更加有效的结合，保证了涂层整体的抗冲刷能力和韧性，降低了涂层开裂的可能性。

在向复合材料叶片1表面涂覆底层2之间，还需要对复合材料叶片1上不需要金属防护层的区域进行密封防护的步骤，以避免该区域被涂层物质所腐蚀。另外，为了更好的使底层2稳定的涂覆在叶片表面，还需要对叶片表面进行粗化和/或敏化处理。通过上述准备工作能够更好的实现涂层的涂覆。

下面通过具体的流程来实现本实施例所述方法：

在复合材料叶片1不需要金属防护层的区域粘贴防护胶布，使胶布与叶片型面贴合完好，避免随后的腐蚀介质进入；

采用稀硫酸溶液对复合材料叶片1表面进行粗化，粗化溶液及其浓度为硫酸430g/l-450g/l和三氧化铬360g/l-400g/l，粗化温度控制在65℃-80℃，粗化时间为8min-12min；

采用胶体钯进行复合材料叶片1表面敏化，敏化溶液及浓度为氯化钯0.8g/l-1.0g/l、盐酸300g/l-340g/l、二水合氯化亚锡50g/l-60g/l和七水合锡酸钠7g/l-10g/l，敏化温度为室温，时间为18min-20min；

化学镀镍，溶液控制如下：六水合硫酸镍30g/l、一水合次磷酸钠30g/l和柠檬酸20g/l，ph值4.2-5.2，温度70℃-80℃，时间为6小时，镀层约0.05mm-0.07mm。

电镀铜，溶液控制如下：硫酸铜180-200g/l和硫酸50-70g/l。阴极电流密度约为1a/dm²-1.5a/dm²，沉积时间为10小时；电镀层厚度约为0.07mm-0.09mm。

冷喷涂钛，钛合金tc4粉末粒度5μm-60μm；冷喷涂工艺参数为：氮气压力3.5mpa-4.0mpa；温度780℃-820℃；气体流量80m³/h-85m³/h；送粉速度3rpm-5rpm；喷涂距离35mm-45mm，喷涂角度75°-90°；喷枪移动速度500mm/s-600mm/s，厚度0.1mm-0.5mm。

冷喷涂钛+碳化钨颗粒，粉末成分为75％钛合金tc4+25％碳化钨钴粉wc12co，钛合金tc4粉末粒度5μm-60μm，碳化钨钴粉wc12co粒度为5μm-30μm；冷喷涂工艺参数为氮气压力3.5mpa-4.0mpa；温度780℃-820℃；气体流量80m³/h-85m³/h；送粉速度3rpm-5rpm；喷涂距离35mm-45mm，喷涂角度75°-90°；喷枪移动速度500mm/s-600mm/s，厚度0.3mm-0.5mm。

数控加工+手工钳修，采用数控加工中心，将叶片外型加工至数模要求，并对边角等微小区域采用人工方法钳修以满足使用要求。

本实施例通过在叶片表面涂覆底层2提高了叶片与外部保护涂层之间的结合效果。同时采用中间层3和耐冲蚀层4的涂层结构，既能够保证涂层整体的抗冲刷能力，又能够提高金属保护涂层的韧性，降低了涂层开裂的可能性。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。