[发明专利]一种超声辅助3D打印涡轮增压叶片及纳米梯度涂层的方法

权利要求书

1.一种超声辅助3D打印涡轮增压叶片及纳米梯度涂层的方法；其特征在于首先利用化学镀法在石墨烯表面镀Ni，并在超声冲击辅助下用机械球磨法和3D打印技术完成Ni覆石墨烯/复合粉末和涡轮增压叶片基体的制备；然后进行表面抛光与激光刻蚀处理，并用超声波酒精和去离子水先后清洗，以保证叶片基体表面清洁无杂质；然后用磁控溅射法制备TGO粘结层；最后用搅拌球磨机制备梯度涂层的纳米粉末，并用3D打印技术制备从涂层表面至基体的线膨胀系数呈梯度平缓下降的纳米梯度隔热涂层；

其具体工艺方案如下：

（1）氧化处理：首先将50g石墨烯纳米片缓慢倒入混合酸（浓硫酸:浓硝酸=1:1.5)中形成含石墨烯的混合溶液，然后将该混合溶液放入超声清洗机中超声分散15min，超声处理后进行磁力搅拌；最后用去离子水反复清洗至中性；

敏化处理：首先配制由SnCl₂和HCl的混合溶液作为敏化液，然后将氧化处理过的石墨烯纳米片缓慢倒入敏化液中，同时予以磁力搅拌；最后对石墨烯纳米片用去离子水反复清洗、干燥；

活化处理：首先配置将氯化钯溶液和盐酸混和作为活化液，然后将敏化处理后的石墨烯纳米片缓慢倒入混合液中并进行磁力搅拌；最后对石墨烯纳米片用去离子水反复清洗、干燥；

施镀：首先将A液（硫酸镍：去离子水=1:25混合）倒入B液（酒石：酸钾钠：碳酸钠：柠檬酸钠：去离子水=1.3:2:3:100混合）中并加入活化处理后的石墨烯粉末，用磁力搅拌方法使之混合均匀；同时，用质量分数为20%的NaOH水溶液调整镀液pH值至10-12；最后，向混合液中加入5 ml 的水合肼作为还原剂；施镀后用去离子水反复过滤、清洗，并在真空干燥箱中烘干；

（2）首先将质量比为Ni：Co：Cr：Al：Ti：Mo：Nb：Si=30:30:4:6:3:3:4:3的粉末倒入酒精溶液中用搅拌球磨机球磨4 h，磨球为WC-Co的硬质合金球，球料比10:1，转速450 r/min；然后利用真空干燥箱对浆料进行干燥并过筛，然后提取占上述混合粉末质量分数为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的Ni覆石墨烯粉末，并将两种粉末混合同时加入到酒精溶剂中，用磁力搅拌器搅拌2 h，转速为450 r/min；搅拌结束后，用真空干燥箱对浆料进行干燥并过筛，制成了Ni覆石墨烯/复合粉末；

（3）将步骤二得到的Ni覆石墨烯/复合粉末添加到激光3D打印系统中，并在装置中添加超声冲击设备；由激光3D打印系统在超声波的作用下按照涡轮增压叶片的三维实体模型生成的加工程序将激光加工成型为涡轮增压叶片基体；其中激光3D打印系统运行时的激光功率为300W、扫描速度为1200mm/s、扫描间距为50μm、激光光斑为60μm；而超声冲击装置则以冲击速度为0.2m~0.5m/min对成形层进行1~4min冲击处理；然后将涡轮增压片基体置于乙醇中超声清洗，烘干；

（4）先后使用粒度为800#与600#的金相砂纸对基体表面进行抛光处理，去除表面污垢沉积及氧化层，使基体表面达到Sa1级清洁度；使用纳秒对基体进行激光刻蚀处理，通过激光对基体的烧蚀熔化，在基体表面形成网格式的微纳米结构；

（5）采用超声波清洗机配合工业酒精溶液对基体表面进行清洗2分钟，完全除去基体表面附着物及杂质；接着采用常温去离子水对基体表面进行顺逆反复冲洗2分钟，使基体表面至中性状态；

（6）在室温下采用双靶共焦射频反应溅射磁控溅射法在涡轮增压叶片基体上制备TGO粘结层；溅射时间为3h，涂层厚为40~200μm；靶材是纯度均为99.9%的Nb靶和B靶，溅射时通入纯度为99.999%的反应氮气，氩氮气体流量比为10sccm：7sccm，真空度大于6.0×10-4Pa，工作气压为0.3-0.6Pa，基体的旋转速度为3r/min，Nb靶功率为100-200W , B靶功率为30-70W；

（7）将成分配比为Ni：Co为6~7：4~3的粉末分别与占总成分含量5%、10%、15%的TiC粉末混合成三份，将三份混合粉末按顺序分别放入球磨机中球磨至100nm，然后放在干燥箱中对其干燥，采用真空环境避免其发生氧化反应；

（8）将步骤七得到的纳米粉末添加到激光3D打印系统中；由激光3D打印系统按照梯度隔热涂层的三维实体模型生成的加工程序，打印出从涂层表面至基体的线膨胀系数呈梯度平缓下降的纳米隔热涂层；其中激光3D打印系统运行时的激光功率为300W、扫描速度为1200mm/s、扫描间距为50μm、激光光斑为60μm。