本發(fā)明涉及一種封嚴(yán)涂層的涂覆方法，尤其是一種聚苯酯-鋁硅抗吹蝕封嚴(yán)涂層的涂覆方法。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的氣路密封性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率有極大的影響，而金屬與金屬之間很難達(dá)到高的氣密性，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了可磨耗封嚴(yán)涂層，使發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中能形成理想的徑向氣流間隙，獲得最大壓差，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，降低能耗，簡(jiǎn)化氣路密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)使用壽命。目前，沒(méi)有成熟的方法，不能保證孔隙率控制在15％(含聚酯)以下，結(jié)合強(qiáng)度不小于7MPa，涂層硬度控制在HR15Y 60～75之間，經(jīng)砂粒吹蝕后的質(zhì)量損失不大于0.03g/min，同時(shí)具有較好的熱老化性和熱震性，可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)氣流較大部位應(yīng)用的封嚴(yán)涂層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種聚苯酯-鋁硅抗吹蝕封嚴(yán)涂層的涂覆方法，并可使聚苯酯-鋁硅涂層的孔隙率控制在15％(含聚酯)以下，結(jié)合強(qiáng)度不小于7MPa，涂層硬度控制在HR15Y 60～75之間，經(jīng)砂粒吹蝕后的質(zhì)量損失不大于0.03g/min，同時(shí)具有較好的熱老化性和熱震性。本發(fā)明的技術(shù)方案為：
(1)對(duì)零件表面進(jìn)行凈化處理，采用汽油或丙酮對(duì)零件噴涂表面進(jìn)行清洗除油；若有污物滲入鑄件的疏松、針孔缺陷中，應(yīng)將零件放入70～90℃的烘箱中烘干1～2h后，再用汽油或丙酮清洗，此過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行，至不再有油污滲出為止；
(2)用耐高溫膠帶、薄金屬片或?qū)Ｓ帽Ｗo(hù)工裝保護(hù)好非噴涂表面；
(3)對(duì)噴涂表面進(jìn)行噴砂處理，采用24目棕剛玉或白剛玉砂，噴砂壓力0.2～0.6MPa，噴砂距離100～300mm，角度為45～80°；
(4)噴砂后去除噴砂保護(hù)，用潔凈干燥的壓縮空氣將粘附在工件表面的碎砂及浮灰吹凈；
(5)采用耐高溫膠帶、薄金屬片或?qū)Ｓ脢A具對(duì)非噴涂表面進(jìn)行保護(hù)；
(6)將零件應(yīng)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)速為80～100rpm/min，除鈦合金、鋁合金和鎂合金材料以外的零件應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為50℃～120℃；
(7)采用重量比為1:4、粉末粒度為-90+53μm的鋁、鎳混合粉進(jìn)行底層噴涂，噴涂參數(shù)如下：
送粉量：35％RPM
氬氣壓力：75±5Psi
氬氣流量：90±5SCFH
輔氣壓力：50±5Psi
輔氣流量：5～15SCFH
送粉氣壓力：3.2±0.2bar
送粉氣流量：8±0.5
電流：495±5A
電壓：68±2V
噴涂距離：100～150mm
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速：80～100rpm/min
噴涂角度：45～90°
送粉方式：垂直送粉
噴涂厚度：0.05～0.20mm
噴涂過(guò)程中零件采用壓縮空氣冷卻，控制基體溫度鋼、鑄鐵和耐熱合金零件的表面溫度不超過(guò)150℃，鋁合金、鎂合金和鈦合金零件的表面溫度不超過(guò)120℃；
(8)采用重量比為3:10:12、粉末粒度為-125+11μm的鋁、硅、聚苯酯混合粉進(jìn)行面層噴涂，噴涂參數(shù)如下：
送粉量：60％RPM
氬氣壓力：75±5Psi
氬氣流量：180±5SCFH
輔氣壓力：50±5Psi
輔氣流量：5～15SCFH
送粉氣壓力：3.6±0.2bar
送粉氣流量：9±0.5
電流：495±5A
電壓：68±2V
噴涂距離：90±15mm
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速：80～100rpm/min
噴涂角度：45～90°
送粉方式：垂直送粉
噴涂厚度：不超過(guò)圖樣規(guī)定厚度的1.5倍
噴涂過(guò)程中零件采用壓縮空氣冷卻，控制基體溫度鋼、鑄鐵和耐熱合金零件的表面溫度不超過(guò)150℃，鋁合金、鎂合金和鈦合金零件的表面溫度不超過(guò)120℃；
(9)拆卸夾具，清理零件；
(10)最終檢驗(yàn)。
所述的噴砂前應(yīng)對(duì)與零件相同材料的試片進(jìn)行噴砂處理，噴砂后的粗糙度要求為：鑄鐵和鋼Ra≥4，鎳基和鈷基合金Ra≥4，鈦合金Ra≥4，鋁合金和鎂合金Ra≥7，若試片噴砂后表面粗糙度不符合要求，則更換新砂后對(duì)零件進(jìn)行噴砂。
所述的預(yù)熱過(guò)程采用不送粉的噴槍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)，加熱應(yīng)緩慢、均勻，防止局部過(guò)熱。
由于聚苯酯-鋁硅抗吹蝕涂層為雙涂層結(jié)構(gòu)，底層為鎳鋁涂層，面層為聚苯酯-鋁硅涂層。聚苯酯-鋁硅由一定比例的鋁金屬相和具有減摩作用的軟質(zhì)聚苯酯兩種材料復(fù)合而成。具有高致密性、低硬度、抗吹蝕的特點(diǎn)，既能保證涂層具有可磨耗封嚴(yán)能力，同時(shí)又有較強(qiáng)的抗吹蝕能力，而且還不會(huì)磨傷配合件。
本發(fā)明采用的工藝方法可以通過(guò)控制等離子噴涂功率，控制噴涂粉末在飛行中的受熱過(guò)程，可以有效的調(diào)節(jié)涂層的孔隙率、硬度及涂層中聚苯酯的含量；通過(guò)對(duì)鑄件的反復(fù)清洗及烘干，可以更有效的除去鑄件微孔中的油污；通過(guò)對(duì)噴砂后試片粗糙度的檢測(cè)控制，可以更好的保證零件噴涂前的表面粗糙度，以確保涂層與基體達(dá)到更好的結(jié)合；同時(shí)，通過(guò)壓縮空氣冷卻系統(tǒng)可使噴涂過(guò)程中分散熱量，防止局部過(guò)熱。本方法通過(guò)上述步驟，最終可以實(shí)現(xiàn)孔隙率控制在15％(含聚酯)以下；結(jié)合強(qiáng)度不小于7MPa；涂層硬度控制在HR15Y60～75之間；砂粒吹蝕后的質(zhì)量損失不大于0.03g/min；300℃，300h熱老化試驗(yàn)后涂層無(wú)任何粉化、裂紋和剝落，結(jié)合強(qiáng)度不小于4MPa；-40～300℃條件下，經(jīng)15個(gè)循環(huán)的熱震試驗(yàn)后涂層無(wú)分離、裂紋、起皮、剝落等缺陷。
具體實(shí)施方式
聚苯酯-鋁硅抗吹蝕封嚴(yán)涂層的涂覆方法包括以下步驟：
(1)對(duì)零件表面進(jìn)行凈化處理，采用汽油或丙酮對(duì)零件噴涂表面進(jìn)行清洗除油；若有污物滲入鑄件的疏松、針孔缺陷中，應(yīng)將零件放入70～90℃的烘箱中烘干1～2h后，再用汽油或丙酮清洗，此過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行，至不再有油污滲出為止；
(2)用耐高溫膠帶、薄金屬片或?qū)Ｓ帽Ｗo(hù)工裝保護(hù)好非噴涂表面；
(3)對(duì)噴涂表面進(jìn)行噴砂處理，采用24目棕剛玉或白剛玉砂，噴砂壓力0.2～0.6MPa，噴砂距離100～300mm，角度為45～80°；
(4)噴砂后去除噴砂保護(hù)，用潔凈干燥的壓縮空氣將粘附在工件表面的碎砂及浮灰吹凈；
(5)采用耐高溫膠帶、薄金屬片或?qū)Ｓ脢A具對(duì)非噴涂表面進(jìn)行保護(hù)；
(6)將零件應(yīng)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)速為80～100rpm/min，除鈦合金、鋁合金和鎂合金材料以外的零件應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為50℃～120℃；
(7)采用重量比為1:4、粉末粒度為-90+53μm的鋁、鎳混合粉進(jìn)行底層噴涂，噴涂參數(shù)如下：
送粉量：35％RPM
氬氣壓力：75±5Psi
氬氣流量：90±5SCFH
輔氣壓力：50±5Psi
輔氣流量：5～15SCFH
送粉氣壓力：3.2±0.2bar
送粉氣流量：8±0.5
電流：495±5A
電壓：68±2V
噴涂距離：100～150mm
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速：80～100rpm/min
噴涂角度：45～90°
送粉方式：垂直送粉
噴涂厚度：0.05～0.20mm
噴涂過(guò)程中零件采用壓縮空氣冷卻，控制基體溫度鋼、鑄鐵和耐熱合金零件的表面溫度不超過(guò)150℃，鋁合金、鎂合金和鈦合金零件的表面溫度不超過(guò)120℃；
(8)采用重量比為3:10:12、粉末粒度為-125+11μm的鋁、硅、聚苯酯混合粉進(jìn)行面層噴涂，噴涂參數(shù)如下：
送粉量：60％RPM
氬氣壓力：75±5Psi
氬氣流量：180±5SCFH
輔氣壓力：50±5Psi
輔氣流量：5～15SCFH
送粉氣壓力：3.6±0.2bar
送粉氣流量：9±0.5
電流：495±5A
電壓：68±2V
噴涂距離：90±15mm
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速：80～100rpm/min
噴涂角度：45～90°
送粉方式：垂直送粉
噴涂厚度：不超過(guò)圖樣規(guī)定厚度的1.5倍
噴涂過(guò)程中零件采用壓縮空氣冷卻，控制基體溫度鋼、鑄鐵和耐熱合金零件的表面溫度不超過(guò)150℃，鋁合金、鎂合金和鈦合金零件的表面溫度不超過(guò)120℃；
(9)拆卸夾具，清理零件；
(10)最終檢驗(yàn)。
所述的噴砂前應(yīng)對(duì)與零件相同材料的試片進(jìn)行噴砂處理，噴砂后的粗糙度要求為：鑄鐵和鋼Ra≥4，鎳基和鈷基合金Ra≥4，鈦合金Ra≥4，鋁合金和鎂合金Ra≥7，若試片噴砂后表面粗糙度不符合要求，則更換新砂后對(duì)零件進(jìn)行噴砂。
所述的預(yù)熱過(guò)程采用不送粉的噴槍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)，加熱應(yīng)緩慢、均勻，防止局部過(guò)熱。
實(shí)施例
航空發(fā)動(dòng)機(jī)上引氣機(jī)匣(材料為鑄造鋁合金)，其配合表面需要等離子噴涂聚苯酯-鋁硅抗吹蝕封嚴(yán)涂層，要求涂層厚度為1.0mm，且涂層孔隙率控制在15％(含聚酯)以下；結(jié)合強(qiáng)度不小于7MPa；涂層硬度控制在HR15Y 60～75之間；砂粒吹蝕后的質(zhì)量損失不大于0.03g/min。
其具體實(shí)施過(guò)程如下：
(1)對(duì)零件表面進(jìn)行凈化處理，采用汽油對(duì)零件噴涂表面進(jìn)行清洗除油，除油后放入80℃的烘箱中烘干1.5h，然后再用汽油進(jìn)行清洗，此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行3次后不再有油污滲出；
(2)用專用保護(hù)工裝保護(hù)好非噴涂表面；
(3)對(duì)噴涂表面進(jìn)行噴砂處理，采用24目白剛玉砂，噴砂壓力0.3MPa，噴砂距離150mm，角度為45～60°。噴砂前對(duì)鋁合金試片進(jìn)行噴砂處理，噴砂后的粗糙度為Ra7.8；
(4)噴砂后去除噴砂保護(hù)工裝，用潔凈干燥的壓縮空氣將粘附在工件表面的碎砂及浮灰吹凈；
(5)采用耐高溫膠帶和專用保護(hù)工裝對(duì)非噴涂表面進(jìn)行保護(hù)；
(6)將零件放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)速為90rpm/min；
(7)采用重量比為1:4、粉末粒度為-90+53μm的鋁、鎳混合粉進(jìn)行底層噴涂，噴涂參數(shù)如下：
送粉量：35％RPM
氬氣壓力：75Psi
氬氣流量：90SCFH
輔氣壓力：50Psi
輔氣流量：8SCFH
送粉氣壓力：3.2bar
送粉氣流量：8
電流：495A
電壓：68V
噴涂距離：130mm
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速：90rpm/min
噴涂角度：45～60°
送粉方式：垂直送粉
噴涂厚度：0.10～0.12mm
噴涂過(guò)程中零件采用壓縮空氣冷卻，基體溫度60～80℃；
(8)采用重量比為3:10:12、粉末粒度為-125+11μm的鋁、硅、聚苯酯混合粉進(jìn)行面層噴涂，噴涂參數(shù)如下：
送粉量：60％RPM
氬氣壓力：75Psi
氬氣流量：180SCFH，
輔氣壓力：50Psi
輔氣流量：9SCFH
送粉氣壓力：3.6bar
送粉氣流量：9
電流：495A
電壓：68V
噴涂距離：100mm
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速：90rpm/min
噴涂角度：45～60°
送粉方式：垂直送粉
噴涂厚度：1.3～1.5mm
噴涂過(guò)程中零件采用壓縮空氣冷卻，基體溫度60～80℃；
(9)拆卸夾具，清理零件；
(10)最終檢驗(yàn)：
聚苯酯-鋁硅涂層的孔隙率為10％(含聚酯)；結(jié)合強(qiáng)度12.1MPa；涂層硬度為HR15Y 71.5；經(jīng)砂粒吹蝕后的質(zhì)量損失為0.02g/min；300℃，300h熱老化試驗(yàn)后涂層無(wú)任何粉化、裂紋和剝落，結(jié)合強(qiáng)度7.9MPa；條件下，經(jīng)15個(gè)循環(huán)的熱震試驗(yàn)后涂層無(wú)分離、裂紋、起皮、剝落等缺陷。
最終結(jié)論：合格。