[发明专利]一种内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层及其制备方法，属于材料表面改性和涂层技术领域，本发明的涂层是由超硬陶瓷颗粒与粘结合金层构成；所述超硬陶瓷颗粒的一侧包裹镀层，另一侧裸露，超硬陶瓷颗粒包裹镀层的一侧嵌入至粘结合金层中，通过粘结合金层牢固结合于叶尖基体的端面上，形成外部棱角尖锐、内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层。涂层外棱角尖锐，可以用来快速切削可磨耗封严涂层，防止叶尖剧烈升温。通过在超硬陶瓷颗粒表面制备一层镀层，弥补超硬陶瓷颗粒与粘结相材料性质上的差异，可在不改变超硬陶瓷颗粒良好切削作用的条件下有效提高涂层结合强度。

技术领域

本发明属于材料表面改性和涂层技术领域，具体涉及一种内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层及其制备方法。

背景技术

航空发动机作为飞机动力装置，对飞机的性能有着决定性的影响。而叶片作为航空发动机结构中的核心零件，决定了发动机的工作效率、稳定性、可靠性与耐久性等重要性能，保障其工作效率及安全旋转具有重大意义。

叶尖间隙对压气机和涡轮效率、发动机功率和油耗率有重要影响。通过间隙控制可以提高发动机的运行效率、降低油耗，同时保障其可靠性及稳定性。间隙过大会导致气体大量泄漏，降低发动机效率；而过小径向间隙会导致叶片和机匣出现碰摩，降低叶片和机匣寿命，严重时会造成发动机故障。因此，减小机匣与叶尖之间间隙的气路封严技术是提高发动机效率和降低能耗的关键技术之一。该技术需在机匣内壁制备一层可磨耗封严涂层，同时在叶尖制备超硬耐磨涂层保护叶尖。经过数十年发展，国内外已经形成了较完备的可磨耗封严涂层材料体系。

叶尖耐磨涂层常采用金属基陶瓷复合材料，陶瓷颗粒通过粘结合金固定在叶尖端面，从而提高叶尖的硬度及耐磨性。目前，叶尖耐磨涂层的常用制备方法为激光熔覆技术和电镀方法，用两种方法制备出的叶尖涂层都具有良好的耐磨性。但由于超硬颗粒和粘结合金材料性质上的差异，制备出的超硬涂层结合强度不高，服役寿命短，难以达到航空发动机的使用要求。且航空发动机在运行过程中存在离心、喘振等因素，这些因素会导致发动机叶尖涂层与封严涂层碰摩过程中产生较大的力。叶尖涂层中超硬颗粒与粘结合金之间的结合强度过低时，较为严苛的碰摩条件会导致超硬颗粒脱落，使得涂层失效。

发明内容

为了解决现有技术中叶尖耐磨涂层中超硬颗粒与粘结相结合强度低的技术问题，本发明提出了一种内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层，其特征在于，由超硬陶瓷颗粒与粘结合金层构成；所述超硬陶瓷颗粒的一侧包裹镀层，另一侧裸露，超硬陶瓷颗粒包裹镀层的一侧嵌入至粘结合金层中，通过粘结合金层牢固结合于叶尖基体的端面上，形成外部棱角尖锐、内部包裹镀层的叶尖超硬切削涂层；

其中，超硬陶瓷颗粒包裹镀层一侧的高度大于其嵌入粘结合金层的深度。

优选地，超硬陶瓷颗粒包裹镀层一侧的高度为超硬陶瓷颗粒自身高度的0.55-0.95倍，保证颗粒过半的牢固包裹固定并避免过度包覆的尖端覆盖；超硬陶瓷颗粒嵌入粘结合金层的深度为超硬陶瓷颗粒自身高度的0.5～0.9倍。

优选地，超硬陶瓷颗粒为立方氮化硼颗粒或金刚石颗粒；硬质陶瓷颗粒的平均粒径为50～120μm时，满足切削性能需求；硬质陶瓷颗粒的平均粒径为121～350μm时，满足散热性能需求。

优选地，超硬陶瓷颗粒表面的镀层为金属镍、金属钛或氮化钨薄膜。

优选地，超硬陶瓷颗粒表面的镀层的厚度为0.1～1μm，满足刮擦效果。

优选地，超硬陶瓷颗粒表面的镀层的厚度为2～5μm，满足结合性能需求。

优选地，粘结合金层选择镍含量大于53.0％，铬含量为6％～28％的镍基合金；或者，选择钛含量大于37.5％，锆含量为18％～30％，铜含量为10％～20％，镍含量为5％～10％的钛基合金。