[发明专利]一种钛合金表面阻燃封严一体化涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种钛合金表面阻燃封严一体化涂层及其制备方法和应用，涂层由阻燃层涂层和可磨耗封严涂层组成，所述阻燃层涂层位于钛合金表面与可磨耗封严涂层之间。制备方法包括如下步骤：(1)钛合金基材的表面处理；(2)钛合金基材的预热；(3)阻燃层涂层的制备；(4)可磨耗封严涂层的制备。本发明将钛锆非晶合金的阻燃层作为粘结层使用，取消了原有的粘结层，采用镍铬铝‑膨润土作为可磨耗的封严面层，其作用是保护叶片与机匣，同时降低之间的孔隙率，提高热效率，从而降低制造成本，减小维护成本。

技术领域

本发明涉及钛合金表面处理技术领域。具体地说是一种钛合金表面阻燃封严一体化涂层及其制备方法和应用。

背景技术

钛合金具有密度低，强度高，耐热以及抗腐蚀性能优异的特点，被广泛应用在航空航天等领域中。航空发动机压气机的机匣，转子叶片等，均采用钛合金。然而，随着发动机性能的不断提高，压气机机匣的温度也不断在提高，设备环境温度的提高对于材料本身也带来挑战。机匣内温度的提高对于叶片材料产生的膨胀，也愈发明显。据资料了解，1977-1988年美国和苏联发生了多起高压压气机叶片断裂卡在机匣内，引起钛合金自燃，导致发动机事故。此外由于大气粉尘对于机匣叶片之间摩擦，导致瞬时局部温度过高，同样导致钛合金自燃。对于上述问题早期有人提出增加机匣与叶片之间的距离以解决叶片膨胀断裂问题。但是对于机匣与叶片间隙的增加，发动机的效率也随之降低，有数据表明，一台典型发动机的高压涡轮叶尖气路间隙减少0.254mm，效率可提高约1％；压气机径向间隙增加0.076mm，耗油率可增加约1％；一台530MW的汽轮机每提高2％工作效率，每年可节省约2300万人民币以及减少2.9万吨CO₂的排放。对此钛合金阻燃以及封严的技术攻关吸引了众多专家学者。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够应用于航空发动机压气机的机匣内壁阻燃和封严的钛合金封严阻燃一体化涂层及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种钛合金表面阻燃封严一体化涂层，由阻燃层涂层和可磨耗封严涂层组成，所述阻燃层涂层位于钛合金表面与可磨耗封严涂层之间。

上述钛合金表面阻燃封严一体化涂层，所述阻燃层涂层材料为Ti₄₀Zr₂₅Ni₃Cu₁₂Be₂₀非晶合金喷涂粉末，所述可磨耗封严涂层材料为NiCrAl-膨润土喷涂粉末。

上述钛合金表面阻燃封严一体化涂层，所述阻燃层涂层的厚度为100-150μm；所述可磨耗封严涂层的厚度为1.2-2mm。

钛合金表面阻燃封严一体化涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)钛合金基材的表面处理；

(2)钛合金基材的预热；

(3)阻燃层涂层的制备；

(4)可磨耗封严涂层的制备。

上述钛合金表面阻燃封严一体化涂层的制备方法，在步骤(1)中，钛合金基材进行表面除油、除锈以及打磨处理，打磨处理是使用砂纸逐级打磨至800目，使其表面成为平整、光滑的喷涂面；喷涂前通过喷砂机对表面进行喷砂处理，喷砂所用砂子成分为氧化铝，喷砂后基底粗糙度Ra为1.5μm。目的是为了适当的增加钛合金基材表面粗糙度，实现增加涂层与基底之间的结合力。

上述钛合金表面阻燃封严一体化涂层的制备方法，在步骤(2)中，采用超音速火焰或高压冷喷涂对钛合金基材进行预热，预热温度在100℃-130℃，预热时间5-30s，目的是使基底产生适当的膨胀。