一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法技術

本發(fā)明專利技術屬于航空發(fā)動機熱障涂層技術領域，特別是涉及一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法。基體材料為IC10定向凝固高溫合金，用于IC10合金低導葉片熱障涂層的制備工藝流程為：來件檢查→噴涂前準備→確定噴涂工藝參數(shù)→清洗→吹砂前保護→吹砂→噴涂前保護→超音速噴涂NiCrAlYSi金屬粘結底層→大氣等離子噴涂納米氧化鋯面層→清理→終檢→補噴與返修。本發(fā)明專利技術采用超音速噴涂NiCrAlYSi底層、大氣等離子噴涂納米氧化鋯面層，從而提高涂層的抗高溫氧化和隔熱能力，實現(xiàn)某型航空發(fā)動機低壓渦輪導向葉片表面熱障涂層的制備，該涂層的制備能夠有效地延長熱端部件的使用壽命。

Preparation of thermal barrier coatings for IC10 alloy low guide vane

The invention belongs to the technical field of aero engine thermal barrier coatings, in particular to a preparation method of thermal barrier coatings for IC10 alloy low guide vanes. The matrix material is IC10 directionally solidified superalloy, and the preparation process for the thermal barrier coating of IC10 alloy with low guide vane is: inspection of the incoming parts, preparation before spraying, determination of spraying process parameters, cleaning, protection before blowing, sand blowing, pre spraying protection, and supersonic spraying NiCrAlYSi gold bonded substrate and atmospheric plasma spraying nanometer Zirconia surface layer, cleaning, final inspection, supplementary injection and repair. The invention adopts supersonic spraying NiCrAlYSi layer and atmospheric plasma spraying nano zirconia surface layer, thus improving the ability of high temperature oxidation and heat insulation of the coating to achieve the preparation of the thermal barrier coating on the low pressure turbine guide blade surface of a certain aero engine. The preparation of the coating can effectively prolong the service life of the hot end components.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法
本專利技術屬于航空發(fā)動機熱障涂層
，特別是涉及一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法。
技術介紹
為了進一步提高定向凝固葉片的抗氧化、抗腐蝕性能，需要在葉片表面上涂覆高溫抗氧化涂層。目前，在定向凝固合金表面上涂覆抗氧化涂層的常用制備方法為真空電弧鍍工藝，不能滿足航空發(fā)動機異性葉片的服役需求。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，采用超音速噴涂NiCrAlYSi底層、大氣等離子噴涂納米氧化鋯面層，從而提高涂層的抗高溫氧化和隔熱能力，實現(xiàn)某型航空發(fā)動機低壓渦輪導向葉片表面熱障涂層的制備，該涂層的制備能夠有效地延長熱端部件的使用壽命。本專利技術的技術方案是：一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，基體材料為IC10定向凝固高溫合金，用于IC10合金低導葉片熱障涂層的制備工藝流程為：來件檢查→噴涂前準備→確定噴涂工藝參數(shù)→清洗→吹砂前保護→吹砂→噴涂前保護→超音速噴涂NiCrAlYSi金屬粘結底層→大氣等離子噴涂納米氧化鋯面層→清理→終檢→補噴與返修。所述的用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，NiCrAlYSi金屬粘結底層厚度為0.07～0.15mm，噴涂用粉末粒度為325目；氧化鋯面層厚度為0.15～0.25mm，噴涂用粉末粒度范圍為170～400目。所述的用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，包括如下步驟：步驟1：對零部件表面進行除油處理，采用丙酮或汽油擦拭零件噴涂區(qū)域，去除油污和雜物；步驟2：采用壓敏膠帶對非噴涂區(qū)域進行吹砂前保護；步驟3：對零件進行表面粗化處理，采用壓入式吹砂機，30～90目白剛玉砂對待噴涂區(qū)域進行處理，氣體壓力為0.1～0.5MPa；步驟4：對零件需噴涂區(qū)域進行超音速噴涂NiCrAlYSi金屬粘結底層，具體工藝參數(shù)為：氧氣流量400～1000SCFH，電流700～900A，煤油流量3.0～10.0GPH，送粉器壓力1～5bar，送粉速率30～50g/min，噴涂距離200～400mm；步驟5：對零件需噴涂區(qū)域進行等離子噴涂納米氧化鋯面層，具體工藝參數(shù)為：氫氣10～30SCFH，電流800～1200A，氬氣流量80～120SCFH，送粉器壓力1～5bar，送粉速率30～50g/min，噴涂距離80～120mm；步驟6：噴涂結束后，去除非噴涂區(qū)域的保護膠帶，清理零件表面的污染物。所述的用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，按重量百分比計，NiCrAlYSi金屬粘結底層的名義組分為：Al6～10，Cr20～25，Y0.2～1.2，Si0.5～1.5，Ni余量。所述的用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，納米氧化鋯YSZ面層的組分為：7～8wt％Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2。本專利技術的設計思想是：本專利技術根據(jù)定向凝固高溫合金組織和結構特點，優(yōu)化熱障涂層制備的吹砂預處理和涂層噴涂工藝參數(shù)，以避免定向凝固鎳基高溫合金表面再結晶等缺陷問題的出現(xiàn)。針對設計的新型熱障涂層體系，開展超音速噴涂MCrAlYSi金屬粘結涂層和等離子噴涂氧化鋯面層的工藝穩(wěn)定性研究，不同基體金屬與底層、底層與面層匹配性技術研究，實際葉片涂層厚度均勻性控制等技術研究。本專利技術采用超音速噴涂工藝替代現(xiàn)有涂鍍工藝，滿足異性件使用需求；同時建立新型涂層結構體系，使定向凝固葉片在具備高溫抗氧化性能的同時，具有高溫防護作用，延長葉片服役壽命。本專利技術的優(yōu)點及有益效果是：1、采用超音速噴涂工藝方法在IC10合金基體材料低壓渦輪導向葉片上制備的熱障涂層具有良好的抗腐蝕性、隔熱性，有助于提升渦輪導向葉片的服役壽命；同時該噴涂工藝方法簡單可行、生產(chǎn)效率高、適合批量生產(chǎn)，可以廣泛推廣應用于其他Ni3Al基合金零件的熱障涂層制備，應用前景廣闊，具有顯著經(jīng)濟效益。2、作為高推重比航空發(fā)動機渦輪葉片用高溫合金材料的單獨使用已難以滿足發(fā)動機高速發(fā)展的需求，為了提高葉片合金高溫防護性能，本專利技術采用耐高溫、高隔熱的陶瓷材料以涂層的方式與合金基體相結合，降低合金表面的工作溫度、提升抗高溫氧化腐蝕性能。3、本專利技術研究的熱障涂層由抗氧化性能良好的金屬粘接底層NiCrAlYSi和導熱系數(shù)低的陶瓷面層(7～8wt％Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2，YSZ)組成。針對渦輪葉片多聯(lián)體結構，本專利技術采用超音速噴涂工藝進行NiCrAlYSi底層制備，采用等離子噴涂工藝進行納米氧化鋯面層制備，提高葉片的抗腐蝕能力，有效地延長熱端部件的使用壽命。4、本專利技術已對發(fā)動機定向凝固合金葉片進行了涂層涂鍍生產(chǎn)試驗，確定最佳噴涂工藝參數(shù)，涂層抗熱循環(huán)、熱震性能和抗燃氣熱腐蝕性能得到明顯改善，同時涂層對合金的拉伸性能、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能以及高溫持久性能沒有明顯的不利影響，可以滿足低壓渦輪葉片的技術指標要求。5、本專利技術采用超音速噴涂NiCrAlYSi底層及等離子噴涂納米氧化鋯面層的方法在某型航空發(fā)動機定向凝固合金低壓渦輪導向葉片上制備熱障涂層，涂層性能可靠，噴涂工藝簡單、實用、高效，適合批量生產(chǎn)。本專利技術可以廣泛應用于航空發(fā)動機、燃氣輪機的定向凝固合金多聯(lián)體渦輪導向葉片表面熱障涂層的制備，市場應用前景廣闊。附圖說明圖1為熱障涂層典型金相照片；圖中，a:NiCrAlYSi底層；b:界面形貌。圖2為熱障涂層顯微組織形貌(200倍)。用于IC10合金低導葉片熱障涂層具體實施方式在具體實施過程中，本專利技術設計的熱障涂層體系應用于某航空發(fā)動機低壓渦輪導向葉片，基體材料為IC10定向凝固高溫合金。用于IC10合金低導葉片熱障涂層的制備工藝流程為：來件檢查→噴涂前準備→確定噴涂工藝參數(shù)→清洗→吹砂前保護→吹砂→噴涂前保護→噴涂底層→噴涂面層→清理→終檢→補噴與返修。如圖1-圖2所示，NiCrAlYSi金屬粘結底層厚度為0.07～0.15mm，噴涂用粉末粒度范圍為325目(45μm)；氧化鋯面層厚度為0.15～0.25mm，噴涂用粉末粒度范圍為170～400目(38～90μm)。下面，通過實施例對本專利技術進一步詳細闡述。實施例1：零件合金牌號為IC10合金本實施例中，用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，具體步驟如下：步驟1：對零部件表面進行除油處理，采用丙酮或汽油擦拭零件噴涂區(qū)域，去除油污和雜物；步驟2：采用壓敏膠帶對非噴涂區(qū)域進行吹砂前保護；步驟3：對零件進行表面粗化處理，采用壓入式吹砂機，40目白剛玉砂對待噴涂區(qū)域進行處理，氣體壓力為0.2MPa；步驟4：對零件需噴涂區(qū)域進行超音速噴涂NiCrAlYSi底層(底層名義成分為Ni-20Cr-10Al-0.8Y-1.2Si)，具體工藝參數(shù)為：氧氣流量825SCFH，電流800A，煤油流量6.4GPH，送粉器壓力3.5bar，送粉速率40g/min，噴涂距離350mm；步驟5：對零件需噴涂區(qū)域進行等離子噴涂納米氧化鋯面層(7～8wt％Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2，YSZ)，具體工藝參數(shù)為：氫氣26SCFH，電流1000A，氬氣流量90SCFH，送粉器壓力3bar，送粉速率40g/min，噴涂距離95mm；步驟6：噴涂結束后，去除非噴涂區(qū)域的保護膠帶，清理零件表面的污染物。實施例2：零件合金牌號為IC10合金本實施例中，用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，具本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，其特征在于，基體材料為IC10定向凝固高溫合金，用于IC10合金低導葉片熱障涂層的制備工藝流程為：來件檢查→噴涂前準備→確定噴涂工藝參數(shù)→清洗→吹砂前保護→吹砂→噴涂前保護→超音速噴涂NiCrAlYSi金屬粘結底層→大氣等離子噴涂納米氧化鋯面層→清理→終檢→補噴與返修。

【技術特征摘要】
1.一種用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，其特征在于，基體材料為IC10定向凝固高溫合金，用于IC10合金低導葉片熱障涂層的制備工藝流程為：來件檢查→噴涂前準備→確定噴涂工藝參數(shù)→清洗→吹砂前保護→吹砂→噴涂前保護→超音速噴涂NiCrAlYSi金屬粘結底層→大氣等離子噴涂納米氧化鋯面層→清理→終檢→補噴與返修。2.按照權利要求1所述的用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，其特征在于，NiCrAlYSi金屬粘結底層厚度為0.07～0.15mm，噴涂用粉末粒度為325目；氧化鋯面層厚度為0.15～0.25mm，噴涂用粉末粒度范圍為170～400目。3.按照權利要求1所述的用于IC10合金低導葉片熱障涂層制備方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：對零部件表面進行除油處理，采用丙酮或汽油擦拭零件噴涂區(qū)域，去除油污和雜物；步驟2：采用壓敏膠帶對非噴涂區(qū)域進行吹砂前保護；步驟3：對零件進行表面粗化處理，采用壓入式吹砂機，30～90目白剛玉砂對待噴涂區(qū)域進行處理，氣體壓力為0.1～0.5MPa；步驟4：...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張佳平，李浩宇，宋佳，王璐，李曉罡，
申請(專利權)人：沈陽黎明航空發(fā)動機集團有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21