本發(fā)明屬于防鈦火涂層
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種防鈦火涂層。
背景技術(shù)：
：鈦合金具有強(qiáng)度高、密度小和高熔點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)機(jī)匣、轉(zhuǎn)子盤、轉(zhuǎn)子葉片等部件，以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，提高推重比。但普通鈦合金在一定的溫度、壓力和氣流速度下會(huì)發(fā)生燃燒，并且燃燒會(huì)迅速發(fā)生蔓延，損害發(fā)動(dòng)機(jī)部件，從而制約了鈦合金在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。為進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率，對(duì)燃燒室內(nèi)機(jī)匣的密封性能提出了更高的要求。鈦合金轉(zhuǎn)子葉片在高溫下高速旋轉(zhuǎn)，由于熱膨脹或自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力使葉片伸長(zhǎng)，當(dāng)接觸到機(jī)匣內(nèi)壁的時(shí)候有發(fā)生鈦火的危險(xiǎn)。防鈦火涂層有望解決上述問(wèn)題，工作時(shí)涂層內(nèi)硬質(zhì)顆粒上大量的微切削刃刮削機(jī)匣內(nèi)壁軟質(zhì)涂層，形成犁溝狀溝痕，即起到很好的密封作用，又能避免鈦火的發(fā)生。但是現(xiàn)有的防鈦火涂層普遍存在著抗沖擊性能差、或與基體結(jié)合弱，或顯著降低基體疲勞性能等缺點(diǎn)，不能滿足當(dāng)前的需求，因此需要發(fā)展具有更高性能的涂層材料及制備技術(shù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于cbn顆粒的防鈦火涂層。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種防鈦火涂層，由釬料和鍍ni的立方氮化硼(cbn)顆粒組成，所述釬料選用連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，cbn顆粒與釬料的質(zhì)量比為8:2至7:3；所述防鈦火涂層涂覆在鈦合金葉片尖部，釬料與鈦合金葉片尖部表面結(jié)合，鍍ni的立方氮化硼(cbn)顆粒均勻固結(jié)在釬料中。在上述技術(shù)方案中，立方氮化硼cbn粉末含niwt.30％。在上述技術(shù)方案中，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金。在上述技術(shù)方案中，cbn顆粒與釬料的質(zhì)量比優(yōu)選為8:2。所述的防鈦火涂層的制備步驟如下：1、對(duì)葉片尖端進(jìn)行真空噴砂處理以去除其表面的氧化膜；2、在葉片尖預(yù)先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要涂覆防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機(jī)粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆粒進(jìn)行混合，然后均勻涂覆在釬料上；3、在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中，利用中頻感應(yīng)線圈局部加熱轉(zhuǎn)子葉尖，使加熱溫度保持在840-850℃一定時(shí)間，使釬料能完全熔化，釬料熔化后，與鈦合金基體結(jié)合，同時(shí)cbn顆粒在表面吸附作用下，沉浸在釬料中，待釬料在高真空環(huán)境下自然冷卻后，形成防鈦火涂層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：1、立方氮化硼(cbn)是集許多優(yōu)異性能于一身的多功能材料，其綜合性能甚至超過(guò)金剛石，其具有高硬度、高熱穩(wěn)定性和高化學(xué)惰性。cbn顆粒成不規(guī)則的棱角形，表面有許多銳利的鋒刃，可作為硬質(zhì)耐磨相。本發(fā)明制備防鈦火涂層的采用不同粒度的cbn顆粒與金屬粘結(jié)相一起制備防鈦火涂層，其中大顆粒起主要磨削作用，而小顆粒則用以強(qiáng)化涂層、提高硬度和抗沖擊性，從而保證了防鈦火涂層的高硬度、高耐磨性、高抗沖擊性、高抗溫氧化性和高阻燃性等。2、金屬粘結(jié)相(即釬料)的選取需綜合考慮如下要求：①熔點(diǎn)應(yīng)低于鈦合金基材的相變溫度(鈦基合金的本質(zhì)決定了其金屬粘結(jié)相工藝過(guò)程主要溫度的局限性，此局限性是由于在所謂“β相變以上”，即高于關(guān)鍵的α←→β相變溫度時(shí)，其組織和性能發(fā)生重要變化引起的。因此，在處理鈦基合金葉片時(shí)要考慮到以上因素。按照室溫下它們主要的組成相，可將鈦合金基本分為三類：α和近α合金，α/β合金，及β合金。鈦基合金與粘結(jié)相結(jié)合時(shí)，對(duì)每類鈦合金的影響各不相同，其中尤為重要的是由鈦基合金基體與粘結(jié)相反應(yīng)后形成新相的本質(zhì)，這種形成新相大多為脆性金屬間化合物，如tixniy和tixcuy，它們的形成對(duì)整個(gè)連接有著負(fù)面影響。因此，總的來(lái)說(shuō)，在溫度低于β相變溫度時(shí)使粘結(jié)相融化，可保留并獲得優(yōu)良機(jī)械性能的鈦合金防鈦火涂層)；②與鈦合金基材和cbn顆粒都具有良好的潤(rùn)濕性；③能夠滿足涂層機(jī)械強(qiáng)度的要求。本發(fā)明選用連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金作為金屬粘結(jié)相(即釬料)，這些非晶態(tài)均勻柔軟的薄箔，有著優(yōu)良的熔融和浸潤(rùn)特性，與鈦合金基材有很好的兼容性，能以最小量準(zhǔn)確地在葉片尖部預(yù)先放置釬料，可實(shí)現(xiàn)用粉末狀或包層帶狀釬料達(dá)不到的釬焊接頭機(jī)械性能；此合金的熔化溫度約為840℃，低于大多數(shù)鈦基材料的β相變溫度，因此本發(fā)明的鈦合金制備方法的制備溫度在840℃-850℃之間，既可以保證釬料完全熔化，又在鈦基材料的β相變溫度之下，不會(huì)影響基體自身的性能(基體疲勞性能)，為能夠獲得優(yōu)良機(jī)械性能的鈦合金防鈦火涂層做了有力保證。3、cbn顆粒對(duì)金屬粘結(jié)相的潤(rùn)濕性不足，從而影響cbn顆粒與金屬粘結(jié)相之間的粘結(jié)強(qiáng)度，因此為了能夠獲得高粘結(jié)性的防鈦火涂層，需要對(duì)cbn顆粒表面進(jìn)行處理，以改善cbn顆粒對(duì)金屬粘結(jié)相的潤(rùn)濕性。本發(fā)明采用化學(xué)方法在cbn顆粒表面鍍ni(含niwt.30％)，從而改善cbn顆粒對(duì)金屬粘結(jié)相的潤(rùn)濕，大大增強(qiáng)了立方氮化硼cbn與金屬粘結(jié)相之間的粘結(jié)強(qiáng)度。4、由于鈦對(duì)氧親和力大，具有強(qiáng)烈的氧化傾向，易在其表面生成一層堅(jiān)韌穩(wěn)定的氧化膜，該氧化膜脆性較大，影響金屬結(jié)合相與鈦合金基體的粘結(jié)性。因此本發(fā)明在制備涂層之前對(duì)葉片尖端進(jìn)行真空噴砂處理以去除其表面的氧化膜(真空噴砂處理在去除其表面的氧化膜的同時(shí)還可以有效防止在噴砂過(guò)程中葉片尖端的氧化)，從而保證了金屬結(jié)合相與鈦合金基體的高粘結(jié)性。綜上，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)表明：本發(fā)明的防鈦火涂層具有高硬度、高耐磨性、高抗沖擊性、高抗溫氧化性、高阻燃性，以及高結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)又不會(huì)影響基體自身的性能，保證了基體抗疲勞性能。附圖說(shuō)明圖1.1是實(shí)施例一中涂層磨損前的形貌。圖1.2是實(shí)施例一中涂層磨損后的形貌。圖1.3是實(shí)施例一中對(duì)磨副的磨痕形貌。圖2.1是實(shí)施例二中涂層磨損前的形貌。圖2.2是實(shí)施例二中涂層磨損后的形貌。圖2.3是實(shí)施例二中對(duì)磨副的磨痕形貌。圖3.1是實(shí)施例三中涂層磨損前的形貌。圖3.2是實(shí)施例三中涂層磨損后的形貌。圖3.3是實(shí)施例三中對(duì)磨副的磨痕形貌。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例一：鈦合金基材選用ti60合金，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質(zhì)耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對(duì)立方氮化硼cbn顆粒進(jìn)行化學(xué)鍍ni處理(含niwt.30％)，cbn顆粒與釬料的質(zhì)量比為：8:2首先在葉片尖預(yù)先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要涂覆防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機(jī)粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆?；旌?體積比1:10)，然后均勻涂覆在釬料上(利用有機(jī)粘接劑與cbn顆?；旌希梢员苊庋b爐和抽真空時(shí)，粉末顆粒的下落和流失，且在高溫下有機(jī)粘接劑將逐漸揮發(fā)掉)；在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中(鈦在高溫環(huán)境中，會(huì)吸收o，n，h使合金塑性、韌性急劇下降，所以制備涂層的加熱過(guò)程必須在真空下進(jìn)行)，利用中頻感應(yīng)線圈局部加熱轉(zhuǎn)子葉尖(線圈的尺寸和形狀可根據(jù)葉尖的外形進(jìn)行設(shè)計(jì))，使加熱溫度保持在850℃，并保持5秒(在加熱過(guò)程中利用紅外測(cè)溫裝置對(duì)轉(zhuǎn)子葉尖進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)溫度升至預(yù)設(shè)值，自動(dòng)停止感應(yīng)加熱，防止溫度過(guò)高對(duì)基材有不利影響，在短暫冷卻后，當(dāng)溫度低于設(shè)定低溫閾值時(shí)，再次進(jìn)行加熱，以使溫度維持在指定溫度)，保證釬料能完全熔化(釬料熔化后，cbn顆粒將在表面吸附作用下，沉浸在釬料中，由于cbn顆粒已進(jìn)行增潤(rùn)處理，可保證其與釬料間良好的結(jié)合，只要cbn粉末與釬料的比例適中，即使釬料熔化后也不會(huì)沿葉片發(fā)生流淌，因?yàn)槿垡簩?duì)粉末的潤(rùn)濕性要好于塊體材料，優(yōu)先向粉末中滲透)，然后在高真空環(huán)境下自然冷卻，形成防鈦火涂層。采用實(shí)施例一的方法制成的cbn涂層各項(xiàng)參數(shù)驗(yàn)證如下：(1)涂層厚度210μm，(2)涂層表面粗糙度ra＝12μm，(3)涂層硬度：由上述方法制備的cbn涂層的硬度測(cè)量值如表1所示，在涂層表面測(cè)量10點(diǎn)，硬度值均較分散，這是由涂層結(jié)構(gòu)所決定的，測(cè)量位置距離cbn顆粒越近，硬度值越高，表1中提供的數(shù)據(jù)，測(cè)量位置均選在粘結(jié)相(而非cbn顆粒)上。由表1可知涂層的硬度平均值為666.6hv。表1，cbn涂層的硬度hv0.05(kg/mm2)(4)涂層耐磨性：為模擬轉(zhuǎn)子葉片的使用工況，涂層的耐磨性試驗(yàn)在高速摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，對(duì)磨副選用機(jī)匣內(nèi)壁涂層(隔熱涂層+磨耗封嚴(yán)涂層)。試驗(yàn)條件如下：轉(zhuǎn)速4300r/min，頻率144hz，線速度90m/s，入侵速率20μm/s，刮削深度0.15mm。試驗(yàn)過(guò)程中，利用紅外測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)控，試驗(yàn)時(shí)葉尖溫度約在550℃左右。試驗(yàn)前后葉尖涂層及對(duì)磨副的質(zhì)量損失詳見表2。涂層磨損前后的形貌如圖1.1和圖1.2所示，對(duì)磨副的磨痕形貌如圖1.3所示。表2高速摩擦試驗(yàn)前后葉尖涂層及機(jī)匣內(nèi)壁涂層的質(zhì)量損失(5)涂層結(jié)合強(qiáng)度：152mpa。實(shí)施例二：基材選用ti60合金，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質(zhì)耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對(duì)立方氮化硼cbn顆粒進(jìn)行化學(xué)鍍ni處理(含niwt.30％)，cbn顆粒與釬料的質(zhì)量比為7:3首先在葉片尖預(yù)先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要鋪設(shè)防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機(jī)粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆粒進(jìn)行混合(體積比1：10)，然后均勻涂覆在釬料上；在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中，利用中頻感應(yīng)線圈局部加熱轉(zhuǎn)子葉尖(線圈的尺寸和形狀可根據(jù)葉尖的外形進(jìn)行設(shè)計(jì))，使加熱溫度保持在850℃，并保持5秒(在加熱過(guò)程中利用紅外測(cè)溫裝置對(duì)轉(zhuǎn)子葉尖進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)溫度升至預(yù)設(shè)值，自動(dòng)停止感應(yīng)加熱，防止溫度過(guò)高對(duì)基材有不利影響，在短暫冷卻后，當(dāng)溫度低于設(shè)定低溫閾值時(shí)，再次進(jìn)行加熱，以使溫度維持在指定溫度)，保證釬料能完全熔化，然后在高真空環(huán)境下自然冷卻，形成防鈦火涂層。采用實(shí)施例二的方法制成的cbn涂層各項(xiàng)參數(shù)驗(yàn)證如下：(1)涂層厚度280μm，(2)涂層表面粗糙度ra≈9μm，(3)涂層硬度：由上述方法制備的cbn涂層的硬度測(cè)量值如表3所示，在涂層表面測(cè)量10點(diǎn)，硬度值均較分散，這是由涂層結(jié)構(gòu)所決定的，測(cè)量位置距離cbn顆粒越近，硬度值越高，表3中提供的數(shù)據(jù)，測(cè)量位置均選在粘結(jié)相(而非cbn顆粒)上。由表3可知涂層的硬度平均值為636.0hv。表3，cbn涂層的硬度hv0.05(kg/mm2)(4)涂層耐磨性：為模擬轉(zhuǎn)子葉片的使用工況，涂層的耐磨性試驗(yàn)在高速摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，對(duì)磨副選用機(jī)匣內(nèi)壁涂層(隔熱涂層+磨耗封嚴(yán)涂層)。試驗(yàn)條件如下：轉(zhuǎn)速4300r/min，頻率144hz，線速度90m/s，入侵速率20μm/s，刮削深度0.15mm。試驗(yàn)過(guò)程中，利用紅外測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)控，試驗(yàn)時(shí)葉尖溫度約在550℃左右。試驗(yàn)前后葉尖涂層及對(duì)磨副的質(zhì)量損失詳見表4。涂層磨損前后的形貌如圖2.1和圖2.2所示，對(duì)磨副的磨痕形貌如圖2.3所示。表4高速摩擦試驗(yàn)前后葉尖涂層及機(jī)匣內(nèi)壁涂層的質(zhì)量損失(5)涂層結(jié)合強(qiáng)度：156mpa。實(shí)施例三：基材選用ti60合金，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質(zhì)耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對(duì)立方氮化硼cbn顆粒進(jìn)行化學(xué)鍍ni處理(含niwt.30％)，cbn顆粒與釬料的質(zhì)量比為6:4，首先在葉片尖預(yù)先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要鋪設(shè)防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機(jī)粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆粒混合(體積比1：10)，然后均勻涂覆在釬料上；在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中，利用中頻感應(yīng)線圈局部加熱轉(zhuǎn)子葉尖(線圈的尺寸和形狀可根據(jù)葉尖的外形進(jìn)行設(shè)計(jì))，使加熱溫度保持在850℃，并保持5秒(在加熱過(guò)程中利用紅外測(cè)溫裝置對(duì)轉(zhuǎn)子葉尖進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)溫度升至預(yù)設(shè)值，自動(dòng)停止感應(yīng)加熱，防止溫度過(guò)高對(duì)基材有不利影響，在短暫冷卻后，當(dāng)溫度低于設(shè)定低溫閾值時(shí)，再次進(jìn)行加熱，以使溫度維持在指定溫度)，保證釬料能完全熔化，然后在高真空環(huán)境下自然冷卻，形成防鈦火涂層。采用實(shí)施例三的方法制成的cbn涂層各項(xiàng)參數(shù)驗(yàn)證如下：(1)涂層厚度320μm，(2)涂層表面粗糙度ra≈6μm，(3)涂層硬度：由上述方法制備的cbn涂層的硬度測(cè)量值如表5所示，在涂層表面測(cè)量10點(diǎn)，硬度值均較分散，這是由涂層結(jié)構(gòu)所決定的，測(cè)量位置距離cbn顆粒越近，硬度值越高，表5中提供的數(shù)據(jù)，測(cè)量位置均選在粘結(jié)相(而非cbn顆粒)上。由表5可知涂層的硬度平均值為589.6hv。表5，cbn涂層的硬度hv0.05(kg/mm2)測(cè)量位置(硬度)hv16012587356145745630654975878601964510561平均值589.6(4)涂層耐磨性：為模擬轉(zhuǎn)子葉片的使用工況，涂層的耐磨性試驗(yàn)在高速摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，對(duì)磨副選用機(jī)匣內(nèi)壁涂層(隔熱涂層+磨耗封嚴(yán)涂層)。試驗(yàn)條件如下：轉(zhuǎn)速4300r/min，頻率144hz，線速度90m/s，入侵速率20μm/s，刮削深度0.15mm。試驗(yàn)過(guò)程中，利用紅外測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)控，試驗(yàn)時(shí)葉尖溫度約在550℃左右。試驗(yàn)前后葉尖涂層及對(duì)磨副的質(zhì)量損失詳見表6。涂層磨損前后的形貌如圖3.1和圖3.2所示，對(duì)磨副的磨痕形貌如圖3.3所示。表6高速摩擦試驗(yàn)前后葉尖涂層及機(jī)匣內(nèi)壁涂層的質(zhì)量損失(5)涂層結(jié)合強(qiáng)度：159mpa。通過(guò)三個(gè)實(shí)施例可知：cbn顆粒與釬料的比例越低，即釬料過(guò)多，涂層結(jié)合良好，但與轉(zhuǎn)子葉尖對(duì)應(yīng)的磨耗涂層易發(fā)生粘著磨損，磨屑大面積粘附在轉(zhuǎn)子葉尖上，降低了葉尖涂層的磨削能力，也不利于封嚴(yán)效果；若cbn顆粒與釬料的比例過(guò)高，即釬料過(guò)少，cbn顆粒與基體結(jié)合變差，高速工作中易于剝落，從而降低涂層的磨削能力。通過(guò)上述三個(gè)實(shí)施例對(duì)比，當(dāng)cbn顆粒與釬料的質(zhì)量比為8:2時(shí)，所制備的涂層具有最佳的“防鈦火”性能。以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12