一种用于高温燃气环境中的可磨耗涂层的制作方法

本发明属于燃气轮机
技术领域：
，涉及到高温燃气环境下运行的燃气轮机透平动叶片密封用的可磨耗涂层，具体涉及一种用于高温燃气环境中的可磨耗涂层。
背景技术：
：燃气涡轮发动机又称燃机，作为继蒸汽轮机、内燃机之后的新一代动力装置，燃机具有体积小、重量轻、启动快等一系列优点，已在各个领域得到长足发展，广泛应用于发电、舰船动力、车辆动力、天然气、石油管道输送等领域，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。因此，提高燃机的整体性能、可靠性是十分重要的。通常，燃气轮机透平动叶片工作在高温高压高速旋转的燃气环境下，其工作温度会在1150℃至850℃之间，环境非常恶劣，工作温度极高，传统的透平叶片转子与静子间采用间隙配合，使燃机运行过程中转子叶片不与静子发生摩擦及碰撞，这样就导致了动叶片在叶尖处漏气的问题发生，据资料表明，燃气轮机透平端叶尖漏气损失约占整个燃气轮机效率损失的2-5%，同时导致燃料的浪费以及机组运行成本的增加，燃气轮机透平端叶尖漏气使燃气轮机的运行效率降低。另外，燃气轮机机组的转子和静子在装配后受装配误差的影响，运行过程中难免出现轴震现象，随着转子的运转速度持续增加，运转时间的连续增长，转子在超高转数长时间运转下使整体温度持续升高，高温会使物体受热膨胀，在中国专利“zl2015107352129”中，名称为“一种燃气轮机透平缸中分面激光封严涂层工艺方法”中公开了缸体长周期使用后修复的涂层，对经过长时间使用后的气缸进行修补，使其在长时间使用效率降低后再次得到修复，但修复后仍存在超高转数的转子叶片与静子发生摩擦及碰撞的相互磨损，长时间使用及连续的长时间运转后无法对高温状态下的运行转子叶片的叶尖处与静子间进行密封。如今，在高温、高压或高速转子运转的工况下，连续的长时间使用效率仍稳定可靠的防护层仍是空白。技术实现要素：本发明提供一种用于高温燃气环境中的可磨耗涂层，目的是将连续旋转的动叶片叶尖与静子间的可靠性增强、弥补转子与静子间的间隙导致的效率损失。为实现本发明的目的，本发明提供一种用于高温燃气环境中的可磨耗涂层，包括，高温抗氧化底层和可磨耗工作层；高温抗氧化底层喷涂在静子零部件与叶片配合的表面，高温抗氧化底层的化学成分ni22cr10al1.0y，用于起到匹配与金属基体间的热膨胀系数的作用；可磨耗工作层喷涂在高温抗氧化底层的表面，可磨耗工作层的化学成分zro27.5y2o30.7bn4.5polyester，其化学成分包括陶瓷基体zro27.5y2o3、挥发相polyester以及提高可磨耗性的剥离相bn，用于在高温燃气下起到一定的热障作用并且还稳定存在；在高温燃气环境中，高温抗氧化底层和可磨耗工作层的氧元素会有限与al发生反应，形成致密的al2o3薄膜，隔绝氧元素的扩散，用于抗氧化的作用。进一步的，所述可磨耗工作层的陶瓷基体zro27.5y2o3用于在高温燃气下起到一定的热障作用并且还可稳定存在；进一步的，所述可磨耗工作层的挥发相polyester用于通过工艺调整涂层的孔隙率及硬度。进一步的，所述可磨耗工作层的剥离相bn喷涂完成后会均匀的混合在陶瓷基体中，用于提高可磨耗工作层的可磨耗性。进一步的，所述高温抗氧化底层的厚度为150μm至250μm之间。进一步的，所述高温抗氧化底层和可磨耗工作层的厚度总和不小于1.2mm。本发明的有益效果是：本发明的高温抗氧化底层其化学成分与金属基体的化学成分相近，其主要功能在于起到匹配金属基体与可磨耗工作层间的热膨胀系数的作用，防止可磨耗工作层在高温情况下由于热膨胀系数小而导致涂层起皮脱壳等现象的发生，结合强度高，接触性好，保证可磨耗工作层的稳定运行，同时al2o3薄膜可以隔绝氧元素的扩散，抗氧化性能强，保证了较高的结合强度；可磨耗工作层采用陶瓷基体，可以在高温燃气下起到一定的热障作用并且还可以稳定存在，可磨耗工作层中含有polyester挥发相，可以有效的通过工艺调整涂层的孔隙率，防止涂层过硬造成透平叶片叶尖的磨损，剥离相bn在喷涂完成后会均匀的混合在陶瓷基体中，使可磨耗工作层在与叶片实际的刮擦过程中可以顺利的被刮磨掉，提高可磨耗工作层的可磨耗性和密封性，有效的解决了燃气轮机在透平端动叶片叶尖的漏气，长时间连续运转下的气密可靠性强，提高机组燃料的利用率，工作层的可磨耗性可以补偿转子叶片叶尖与静子同轴度出现的微量误差及微量振动误差导致的气密损失，也可以在长时间高温运转下弥补热膨胀导致的气密性损失，抗温隔温性能好，耐腐蚀耐冲刷，降低机组运行成本，提高燃机的整体性能，保证了燃机连续的长时间长效运行工况下的动叶片叶尖与静子间密封的可靠性及长效运行的稳定性。附图说明图1是本发明的实施例示意图；图2是本发明的b处放大示意图。具体实施方式以下，将结合附图对本发明作进一步说明:实施例一结合图1、图2、所示，本发明所公开的一种用于高温燃气环境中的可磨耗涂层，包括，高温抗氧化底层和可磨耗工作层，高温抗氧化底层和可磨耗工作层应用于燃气轮机透平端与转子叶片配合的静子零件表面，在透平叶片不镶刃的情况下，起到减小透平端通流间隙、保证叶片不被磨损并且提高机组燃料利用率的作用。参考附图1和图2的位置所示，b处所指示用于高温燃气环境中的可磨耗涂层体系的应用位置以及涂层结构。高温抗氧化底层，高温抗氧化底层的化学成分为ni22cr10al1.0y，其化学成分与金属基体的化学成分相近，其主要功能在于起到匹配金属基体与可磨耗工作层间的热膨胀系数的作用，防止可磨耗工作层在高温情况下由于热膨胀系数小而导致涂层起皮脱壳等现象的发生，结合强度高，接触性好，保证可磨耗工作层的稳定运行，同时al2o3薄膜可以隔绝氧元素的扩散，抗氧化性能强，保证了较高的结合强度；其次高温抗氧化底层的其化学成分中含有al元素，在高温燃气环境中，通过可磨耗工作层的氧元素会有限与al发生反应，形成致密的al2o3薄膜，隔绝氧元素的扩散，从而起到抗氧化的作用。高温抗氧化底层：ni22cr10al1.0y的性能见表1：表1ni22cr10al1.0y底层性能要求结合强度硬度孔隙率粗糙度＞50mpahv0.3：200-300≤2%ra＞6.3μm可磨耗工作层，可磨耗工作层的化学成分为zro27.5y2o30.7bn4.5polyester,其化学成分由陶瓷基体zro27.5y2o3、控制孔隙率的挥发相polyester以及提高可磨耗性的剥离相bn组成。由于可磨耗工作层为陶瓷基体，因此可磨耗工作层可以在高温燃气下起到一定的热障作用并且还可以稳定存在；其次由于可磨耗工作层中含有挥发相polyester，可以有效的通过工艺调整涂层的孔隙率，防止涂层过硬造成透平叶片叶尖的磨损；可磨耗工作层中由于含有剥离相bn，剥离相bn在喷涂完成后会均匀的混合在陶瓷基体中，使可磨耗工作层在与叶片实际的刮擦过程中可以顺利的被刮磨掉，提高可磨耗工作层的可磨耗性和密封性，有效的解决了燃气轮机在透平端动叶片叶尖的漏气，长时间连续运转下的气密可靠性强，提高机组燃料的利用率。可磨耗工作层：zro27.5y2o30.7bn4.5polyester的性能见表2：表2可磨耗工作层性能要求结合强度硬度非金属相比例≥3.0mpahr15y：70-9025%-40%实施例二燃气轮机透平端与叶片配合的静子零部件，其长时间使用下温度会在850℃至1150℃左右，在静子零部件与叶片配合的表面可以设置高温抗氧化底层，其化学成分为ni22cr10al1.0y，底层厚度为150μm至250μm；在高温抗氧化底层的表面上可以设置高温的可磨耗工作层，可磨耗工作层的化学成分为zro27.5y2o30.7bn4.5polyester，可磨耗工作层的厚度由机组机械配合的公差尺寸而定，但底层厚度与工作层厚度总和不可小于1.2mm。具体的方案及工艺实施步骤如下：（1）零部件表面煅烧除油，在温度300℃左右保温1-2小时，进行煅烧除油，除去零部件表面油污；（2）产品煅烧除油后使用24-40目的白刚玉砂在压力0.3-0.5mpa下进行喷涂面喷砂粗化处理，喷砂后表面粗糙度应为ra＞6.3μm；（3）喷砂后在6小时内立即进行高温抗氧化底层的喷涂操作，高温抗氧化底层喷涂采用等离子喷涂或超音速火焰喷涂，要求喷涂均匀连续，单层厚度不可大于50μm，单层喷涂完成后检查涂层表面，并清理，然后立即进行下一层喷涂，底层总厚度在150-250μm；（4）高温抗氧化底层喷涂完成后进行可磨耗工作层的喷涂，工作层喷涂仅可选用等离子喷涂，要求喷涂均匀连续，单层厚度不大于80μm，单层喷涂完成后检查涂层表面，并清理，然后立即进行下一层喷涂，控制涂层总厚度达到设计总厚度；（5）高温抗氧化底层与可磨耗工作层的喷涂全部完成后，零部件在烘干箱或马弗炉中进行热处理，热处理温度为400-500℃，保温时间7-9小时，热处理完成后出炉空冷；（6）喷涂完成的零件进行尺寸加工，加工方式为车削加工或者磨削加工，加工过程中严禁使用冷却液，允许使用压缩空气冷却；不建议使用除车削或磨削外的其他加工方式。实施例三可磨耗工作层在与叶片实际的刮擦过程中可以顺利的被刮磨掉，旋转的叶片的叶尖不会受到损伤，可磨耗工作层的可磨耗性可以补偿转子叶片叶尖与静子同轴度出现的微量误差及微量振动误差导致的气密损失，也可以在长时间高温运转下弥补热膨胀导致的气密性损失，抗温隔温性能好，耐腐蚀耐冲刷，降低机组运行成本，显著的提高了燃机的整体性能，保证了燃机连续的长时间长效运行工况下的动叶片叶尖与静子间密封的可靠性及长效运行的稳定性，不仅可以使燃机整机的功率的到提升，也可以实现燃机长效稳定的功率的输出，方便耐用，可靠性强。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12