[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

说明书

本发明提供了一种超声辅助3D打印涡轮增压叶片及纳米梯度涂层的方法。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。本发明的优点：通过3D打印成型的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，没有明显的剧变台阶，可以显著提高热障涂层的抗热冲击性能和服役寿命，能够有效解决经过高温低温的反复热冲击而引起的涂层裂纹与脱落的问题。

技术领域

本发明属于涡轮增压叶片领域，具体涉及一种超声辅助3D打印涡轮增压叶片及纳米梯度涂层的方法。

背景技术

增压器是内燃机车提高功率，降低能耗的重要设备,在增压器中动叶片是最核心的部件。而叶轮由于经常处于高压、高温及高腐蚀状态，导致涡轮叶片需要承受比较大的热应力与拉应力。在这么高的温度和转速下,叶片经常发生磨损。增压器工作介质中的固体颗粒也会对叶片造成损伤。叶片一旦损伤,转子的动平衡受到破坏造成机械振动,影响行车安全。针对此情况，要求涡轮增压器叶片无论是在抗拉强度上，还是在屈服强度上，均需足够大，而且还需要有较高的温氧化、抗高温蠕变性。

同样的是，热障涂层因其良好的高温隔热效果被广泛应用于发动机涡轮叶片后，又因在服役过程中剥离失效严重制约了增压器的使用寿命。因此，在不破坏热障涂层性能的同时能够增强涂层的防脱落显得至关重要。

综上所述，本发明的有益效果在于：通过在粉末中添加石墨烯，可抑制叶片工作时内部应力裂纹的产生和发展，提高单晶叶片的导热系数，以便在高温使用过程中将叶片本身的热量迅速扩散出去，从而提高涡轮增压叶片在高温使用时的力学性能、尤其是提高高温疲劳寿命以及提高涡轮叶片的工作温度。

发明内容

本发明专利是为了能够有效解决经过高温低温的反复热冲击而引起的涂层裂纹与脱落的问题，通过3D打印成型的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，没有明显的剧变台阶，可以显著提高热障涂层的抗热冲击性能和服役寿命，而提供了一种超声冲击Ni覆石墨烯/WC-Co硬质合金纳米梯度涂层的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现：

本发明提供了一种超声冲击Ni覆石墨烯/WC-Co硬质合金纳米梯度涂层的方法。首先利用化学镀法在石墨烯表面镀Ni，用机械球磨法制备Ni覆石墨烯/WC-Co混合粉末，以真空热压烧结和低压烧结技术烧结成型刀具基体；随后对刀具基体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使刀具表面清洁无杂质；然后利用搅拌球磨机制备纳米粉末，用预置涂层法制备TiC含量从表面至界面呈梯度分布的Ni/Co/TiC纳米梯度涂层；最后在刀具表面采用磁控溅射法制备NbBN防腐蚀涂层。

本发明的具体制备方法包括以下步骤：

步骤一：利用化学镀法在石墨烯表面镀Ni

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；