專利名稱：一種轉子葉片的功能梯度涂層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于功能梯度涂層、功能梯度材料技術制備領域，特別是其中的一種自蔓 延合成法制備轉子葉片陶瓷金屬功能梯度涂層的方法。
背景技術：
為了獲得更好的能源效率和更大的發(fā)動機推力，航空發(fā)動機轉子葉片工作溫度已 高達1300°C以上，僅靠葉片材料物理力學性能的提高和結構設計的改良，已經(jīng)無法滿足高 速發(fā)展的航空發(fā)動機工業(yè)的需求，高溫防沖擊涂層技術已必不可少。普通高溫防護涂層 熱應力過大，容易發(fā)生損傷失效，且涂層耐熱沖擊、顆粒沖擊性能無法滿足航空發(fā)動機的需 求。功能梯度涂層材料組成成分成梯度分布，物理力學性能連續(xù)變化，這種變化能滿足熱沖 擊、顆粒沖擊的工作環(huán)境對材料的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種自蔓延合成法制備陶瓷金屬梯度涂層的方法，本發(fā)明 目的在于為航空發(fā)動機轉子葉片提供一種壽命長、耐高溫沖擊、耐顆粒沖擊的高效涂層。航 空發(fā)動機葉片常年在高溫與顆粒沖擊環(huán)境里工作，飛機在起飛和降落中受到?jīng)_擊載荷的作 用，在沖擊等力學因素的作用下，轉子葉片的壽命大幅度降低，對安全的工作環(huán)境造成了極 大的威脅。因此，通過有效的防護手段，提高飛機的構件壽命變成了引人注意的研究方向。本發(fā)明提供一種用于航空發(fā)動機轉子葉片的梯度涂層，該涂層是由陶瓷和金屬構 成。本發(fā)明提供的梯度涂層成分為TiC 20% 30%、TiN 10% 15%、Ni 10% 15%、 Mo 5% 10%、W 5% 10%、A1203 20% 30%。本發(fā)明提供用于航空發(fā)動機轉子葉片的梯度涂層，其制備的陶瓷層常用自蔓延高 溫合成工藝，功率為20 37kW。金屬層的制備采用火焰噴涂工藝，其火焰噴涂的燃料為煤 油、丙烷、乙炔或其它可燃氣體。本發(fā)明提供的用于轉子葉片梯度涂層自蔓延合成工藝其制 備涂層所采用的氧化鋁、三氧化二鋁粉末是氣體霧化法制備的球形自蔓延粉末。粒度范圍 為180 360目。本發(fā)明提供的自蔓延合成工藝其TiC、TiN粉末，粉末粒度范圍為90 280目，控制反應原料的自蔓延加速度在100 1200m/s2，涂層的偏壓為-90 120V，真空 度為0. 12 0. 35Pa。這種梯度涂層由于Ni、Mo、W的適量加入，有效增強了涂層界面的結 合，減少了 TiN、TiC中孔洞的數(shù)量和直徑，消除了涂層內(nèi)部的孔洞與缺陷，改善了涂層的致 密性，在1300°C高溫下，具有高的致密性，高的抗沖擊性，耐熱性和搞顆粒沖蝕能力，適用于 航空發(fā)動機轉子葉片的防護涂層。自蔓延噴涂設備電流470A，電壓72V，送粉速率為102g/ min,自蔓延距離為53mm，涂層厚度為0. 001 0. 2mm。本發(fā)明的優(yōu)點為工藝簡單，可制備多種不同要求的轉子葉片梯度涂層。利用成分 調(diào)配和工藝參數(shù)的控制在不需要對設備進行改造的前提下，解決了 Tie、TiN梯度涂層于防 熱沖擊性和抗離子沖蝕領域的針孔、孔洞等問題。
圖1為航空發(fā)動機轉子葉片的三維圖形；圖2為航空發(fā)動機葉片的三維圖形；圖3為航空發(fā)動機葉片梯度涂層的分層圖。
具體實施例方式實施例1 =TiC 粉 15g，Al2O3 粉 27g，TiN 粉 109g, Ni 粉 7g，Mo 粉 29g，W 粉 62g，混 合均勻，裝入壁厚6mm，長120mm的形槍中，卡在自蔓延合成機上。將形槍裝在自蔓延燃燒機 上點燃，TiC、TiN、Al203延梯度方向變化。實施例2 :TiC 粉 53g，TiN 粉 96g，粒徑小于 102 μ m，Al2O3 粉 31 lg，Ni 粉 102g，Mo 粉93g，W粉28g混合均勻可制得滿足抗顆粒沖擊的、抗高溫的陶瓷金屬梯度涂層。
權利要求
一種自蔓延合成法制備轉子葉片梯度涂層。其特征在于將TiC、TiN粉末與Al2O3粉、Ni粉、Mo粉、W粉混合均勻，在自蔓延高溫作用下，生成了氧化鋁和各金屬液分層，金屬相、陶瓷相根據(jù)密度不同開始分層，成梯度變化。冷卻后，去除雜質得到功能梯度涂層。
2.按權力要求書1所述方法，其特征在于用TiC、TiN粉末占粉末總重量的30% 45%。
3.按權力要求書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%之間。
4.Ni、Mo、W 的粒徑分別為 22μπι、28μπι、18μπι，純度為 99. 2%0
全文摘要
提供了一種用自蔓延合成法制備航空發(fā)動機等轉子葉片的梯度涂層方法。將碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎢(W)三氧化二鋁(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。功能梯度涂層材料特征在于制得的梯度涂層，熱應力緩和無明顯界面。在1300℃高溫下，具有良好的搞熱沖擊和顆粒沖擊的能力，適用于高溫防護領域，解決了梯度涂層應用于高溫防護領域的熱沖擊、顆粒沖擊等問題。
文檔編號F01D5/28GK101935818SQ201010276869
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權日2010年9月9日
發(fā)明者李永, 舒暢 申請人:北京理工大學