[发明专利]一种尖角朝外的超平整叶尖切削涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种尖角朝外的超平整叶尖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，本发明的涂层由硬质陶瓷颗粒与粘结合金层构成；所述硬质陶瓷颗粒离散分布并通过粘结合金结合于叶尖基体的端面上，形成外表面整体平整、硬质陶瓷颗粒棱角尖锐暴露、与叶尖基体端面结合牢固的切削涂层；本发明通过改变涂层中硬质颗粒的位相角度，可以使得涂层外表面颗粒棱角更尖锐、整体更平整，切削性能更加良好。本发明的涂层外表面整体平整，保证了服役过程中大部分硬质颗粒均可发挥切削作用；大比例尖角朝外的硬质颗粒保证了涂层良好的切削性能；涂层与叶尖结合牢固保证服役过程中涂层不发生脱落。

技术领域

本发明属于材料表面改性和涂层技术领域，具体涉及一种尖角朝外的超平整叶尖切削涂层及其制备方法。

背景技术

航空工业的发展对航空发动机的性能提出了越来越高的要求。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，同时在叶尖制备硬质耐磨涂层保护叶尖。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，陶瓷颗粒通过合金粘结相固定在叶尖端面，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。但由于硬质颗粒形状上的不规则性，制备出的涂层外表面参差不齐，颗粒裸露的部分形态多种多样，导致与机匣碰摩时切削性能很差。

发明内容

为了解决叶尖切削涂层外表面颗粒棱角不尖锐、整体不平整、切削性能差的技术问题，本发明提出了一种大比例尖角朝外的超平整叶尖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：

本发明公开的一种尖角朝外的超平整叶尖切削涂层，由硬质陶瓷颗粒与粘结合金层构成；所述硬质陶瓷颗粒离散分布并通过粘结合金结合于叶尖基体的端面上，形成外表面整体平整、硬质陶瓷颗粒棱角尖锐暴露、与叶尖基体端面结合牢固的切削涂层；

其中，硬质陶瓷颗粒朝向叶尖外表面外法线的一侧顶端高度差别低于硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.01-0.15倍；尖角朝着叶尖端面外法线方向的硬质陶瓷颗粒的比例占硬质陶瓷颗粒颗粒总数量的0.7-0.9倍。

所述尖角朝外的硬质陶瓷颗粒指颗粒尖角的两条棱边与叶尖端面外法线的角度均介于0-90°之间。

优选地，所述尖角朝外的硬质陶瓷颗粒指尺寸为0.01-0.2倍颗粒平均粒径的短棱边与叶尖端面外法线角度介于0-20°之间。

优选地，硬质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，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40％，锆含量为18％～30％，铜含量为10％～25％的钛基合金。

本发明公开的尖角朝外的超平整叶尖切削涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)制备粘结合金层：对预处理后的叶尖基体表面涂覆粘结合金层，粘结合金层厚度为硬质陶瓷颗粒平均粒径的0.4-0.8倍；

2)撒布硬质颗粒：将硬质陶瓷颗粒撒布在尖角连续的模具中，振动模具使得硬质陶瓷颗粒尖角向下插入模具中；

3)加热重熔：将涂有粘结合金的叶尖基体端面对接在撒布有颗粒的模具上方，并将对接好的叶尖基体和模具固定，透过模具加热，使得粘结合金重新熔化，硬质陶瓷颗粒与粘结合金牢固结合，制得尖角朝外的超平整叶尖切削涂层。

优选地，步骤1)中，涂覆粘结合金层采用等离子喷涂法，喷涂功率为25～55kW，喷涂距离为100～200mm。