本發(fā)明屬于防鈦火涂層
技術領域：
，具體涉及一種防鈦火涂層的制備方法。
背景技術：
：鈦合金具有強度高、密度小和高熔點等優(yōu)點，因此廣泛應用于航空燃氣渦輪發(fā)動機的壓氣機機匣、轉子盤、轉子葉片等部件，以減輕發(fā)動機的重量，提高推重比。但普通鈦合金在一定的溫度、壓力和氣流速度下會發(fā)生燃燒，并且燃燒會迅速發(fā)生蔓延，損害發(fā)動機部件，從而制約了鈦合金在飛機發(fā)動機上的應用。為進一步提升發(fā)動機效率，對燃燒室內機匣的密封性能提出了更高的要求。鈦合金轉子葉片在高溫下高速旋轉，由于熱膨脹或自身質量產生的離心力使葉片伸長，當接觸到機匣內壁的時候有發(fā)生鈦火的危險。防鈦火涂層有望解決上述問題，工作時涂層內硬質顆粒上大量的微切削刃刮削機匣內壁軟質涂層，形成犁溝狀溝痕，即起到很好的密封作用，又能避免鈦火的發(fā)生。但是現(xiàn)有的防鈦火涂層普遍存在著抗沖擊性能差、或與基體結合弱，或顯著降低基體疲勞性能等缺點，不能滿足當前的需求，因此需要發(fā)展具有更高性能的涂層材料及制備技術。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種防鈦火涂層的制備方法。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種防鈦火涂層的制備方法：釬料選用連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對立方氮化硼cbn顆粒進行化學鍍ni處理，cbn顆粒與釬料的質量比為8:2至7:3，制備步驟如下：1、對葉片尖端進行真空噴砂處理以去除其表面的氧化膜；2、在葉片尖預先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要涂覆防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆粒進行混合，然后均勻涂覆在釬料上；3、在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中，利用中頻感應線圈局部加熱轉子葉尖，使加熱溫度保持在840-850℃一定時間，使釬料能完全熔化，釬料熔化后，與鈦合金基體結合，同時cbn顆粒在表面吸附作用下，沉浸在釬料中，待釬料在高真空環(huán)境下自然冷卻后，形成防鈦火涂層。在上述技術方案中，立方氮化硼cbn粉末含niwt.30％。在上述技術方案中，機粘接劑與含ni的立方氮化硼cbn粉末的體積比為1:10。在上述技術方案中，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金。在上述技術方案中，cbn顆粒與釬料的質量比優(yōu)選為8:2。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：1、立方氮化硼(cbn)是集許多優(yōu)異性能于一身的多功能材料，其綜合性能甚至超過金剛石，其具有高硬度、高熱穩(wěn)定性和高化學惰性。cbn顆粒成不規(guī)則的棱角形，表面有許多銳利的鋒刃，可作為硬質耐磨相。本發(fā)明制備防鈦火涂層的采用不同粒度的cbn顆粒與金屬粘結相一起制備防鈦火涂層，其中大顆粒起主要磨削作用，而小顆粒則用以強化涂層、提高硬度和抗沖擊性，從而保證了防鈦火涂層的高硬度、高耐磨性、高抗沖擊性、高抗溫氧化性和高阻燃性等。2、金屬粘結相(即釬料)的選取需綜合考慮如下要求：①熔點應低于鈦合金基材的相變溫度(鈦基合金的本質決定了其金屬粘結相工藝過程主要溫度的局限性，此局限性是由于在所謂“β相變以上”，即高于關鍵的α←→β相變溫度時，其組織和性能發(fā)生重要變化引起的。因此，在處理鈦基合金葉片時要考慮到以上因素。按照室溫下它們主要的組成相，可將鈦合金基本分為三類：α和近α合金，α/β合金，及β合金。鈦基合金與粘結相結合時，對每類鈦合金的影響各不相同，其中尤為重要的是由鈦基合金基體與粘結相反應后形成新相的本質，這種形成新相大多為脆性金屬間化合物，如tixniy和tixcuy，它們的形成對整個連接有著負面影響。因此，總的來說，在溫度低于β相變溫度時使粘結相融化，可保留并獲得優(yōu)良機械性能的鈦合金防鈦火涂層)；②與鈦合金基材和cbn顆粒都具有良好的潤濕性；③能夠滿足涂層機械強度的要求。本發(fā)明選用連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金作為金屬粘結相(即釬料)，這些非晶態(tài)均勻柔軟的薄箔，有著優(yōu)良的熔融和浸潤特性，與鈦合金基材有很好的兼容性，能以最小量準確地在葉片尖部預先放置釬料，可實現(xiàn)用粉末狀或包層帶狀釬料達不到的釬焊接頭機械性能；此合金的熔化溫度約為840℃，低于大多數(shù)鈦基材料的β相變溫度，因此本發(fā)明的鈦合金制備方法的制備溫度在840℃-850℃之間，既可以保證釬料完全熔化，又在鈦基材料的β相變溫度之下，不會影響基體自身的性能(基體疲勞性能)，為能夠獲得優(yōu)良機械性能的鈦合金防鈦火涂層做了有力保證。3、cbn顆粒對金屬粘結相的潤濕性不足，從而影響cbn顆粒與金屬粘結相之間的粘結強度，因此為了能夠獲得高粘結性的防鈦火涂層，需要對cbn顆粒表面進行處理，以改善cbn顆粒對金屬粘結相的潤濕性。本發(fā)明采用化學方法在cbn顆粒表面鍍ni(含niwt.30％)，從而改善cbn顆粒對金屬粘結相的潤濕，大大增強了立方氮化硼cbn與金屬粘結相之間的粘結強度。4、由于鈦對氧親和力大，具有強烈的氧化傾向，易在其表面生成一層堅韌穩(wěn)定的氧化膜，該氧化膜脆性較大，影響金屬結合相與鈦合金基體的粘結性。因此本發(fā)明在制備涂層之前對葉片尖端進行真空噴砂處理以去除其表面的氧化膜(真空噴砂處理在去除其表面的氧化膜的同時還可以有效防止在噴砂過程中葉片尖端的氧化)，從而保證了金屬結合相與鈦合金基體的高粘結性。綜上，同時結合試驗表明：利用發(fā)明的防鈦火涂層的制備方法獲得的防鈦火涂層具有高硬度、高耐磨性、高抗沖擊性、高抗溫氧化性、高阻燃性，以及高結合強度，同時又不會影響基體自身的性能，保證了基體抗疲勞性能。附圖說明圖1.1是實施例一中涂層磨損前的形貌。圖1.2是實施例一中涂層磨損后的形貌。圖1.3是實施例一中對磨副的磨痕形貌。圖2.1是實施例二中涂層磨損前的形貌。圖2.2是實施例二中涂層磨損后的形貌。圖2.3是實施例二中對磨副的磨痕形貌。圖3.1是實施例三中涂層磨損前的形貌。圖3.2是實施例三中涂層磨損后的形貌。圖3.3是實施例三中對磨副的磨痕形貌。具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。實施例一：鈦合金基材選用ti60合金，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對立方氮化硼cbn顆粒進行化學鍍ni處理(含niwt.30％)，cbn顆粒與釬料的質量比為：8:2首先在葉片尖預先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要涂覆防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆?；旌?體積比1:10)，然后均勻涂覆在釬料上(利用有機粘接劑與cbn顆?；旌希梢员苊庋b爐和抽真空時，粉末顆粒的下落和流失，且在高溫下有機粘接劑將逐漸揮發(fā)掉)；在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中(鈦在高溫環(huán)境中，會吸收o，n，h使合金塑性、韌性急劇下降，所以制備涂層的加熱過程必須在真空下進行)，利用中頻感應線圈局部加熱轉子葉尖(線圈的尺寸和形狀可根據(jù)葉尖的外形進行設計)，使加熱溫度保持在850℃，并保持5秒(在加熱過程中利用紅外測溫裝置對轉子葉尖進行溫度監(jiān)控，當溫度升至預設值，自動停止感應加熱，防止溫度過高對基材有不利影響，在短暫冷卻后，當溫度低于設定低溫閾值時，再次進行加熱，以使溫度維持在指定溫度)，保證釬料能完全熔化(釬料熔化后，cbn顆粒將在表面吸附作用下，沉浸在釬料中，由于cbn顆粒已進行增潤處理，可保證其與釬料間良好的結合，只要cbn粉末與釬料的比例適中，即使釬料熔化后也不會沿葉片發(fā)生流淌，因為熔液對粉末的潤濕性要好于塊體材料，優(yōu)先向粉末中滲透)，然后在高真空環(huán)境下自然冷卻，形成防鈦火涂層。采用實施例一的方法制成的cbn涂層各項參數(shù)驗證如下：(1)涂層厚度210μm，(2)涂層表面粗糙度ra＝12μm，(3)涂層硬度：由上述方法制備的cbn涂層的硬度測量值如表1所示，在涂層表面測量10點，硬度值均較分散，這是由涂層結構所決定的，測量位置距離cbn顆粒越近，硬度值越高，表1中提供的數(shù)據(jù)，測量位置均選在粘結相(而非cbn顆粒)上。由表1可知涂層的硬度平均值為666.6hv。表1，cbn涂層的硬度hv0.05(kg/mm2)(4)涂層耐磨性：為模擬轉子葉片的使用工況，涂層的耐磨性試驗在高速摩擦試驗機上進行，對磨副選用機匣內壁涂層(隔熱涂層+磨耗封嚴涂層)。試驗條件如下：轉速4300r/min，頻率144hz，線速度90m/s，入侵速率20μm/s，刮削深度0.15mm。試驗過程中，利用紅外測溫系統(tǒng)監(jiān)控，試驗時葉尖溫度約在550℃左右。試驗前后葉尖涂層及對磨副的質量損失詳見表2。涂層磨損前后的形貌如圖1.1和圖1.2所示，對磨副的磨痕形貌如圖1.3所示。表2高速摩擦試驗前后葉尖涂層及機匣內壁涂層的質量損失(5)涂層結合強度：152mpa。實施例二：基材選用ti60合金，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對立方氮化硼cbn顆粒進行化學鍍ni處理(含niwt.30％)，cbn顆粒與釬料的質量比為7:3，首先在葉片尖預先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要鋪設防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆粒進行混合(體積比1：10)，然后均勻涂覆在釬料上；在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中，利用中頻感應線圈局部加熱轉子葉尖(線圈的尺寸和形狀可根據(jù)葉尖的外形進行設計)，使加熱溫度保持在850℃，并保持5秒(在加熱過程中利用紅外測溫裝置對轉子葉尖進行溫度監(jiān)控，當溫度升至預設值，自動停止感應加熱，防止溫度過高對基材有不利影響，在短暫冷卻后，當溫度低于設定低溫閾值時，再次進行加熱，以使溫度維持在指定溫度)，保證釬料能完全熔化，然后在高真空環(huán)境下自然冷卻，形成防鈦火涂層。采用實施例二的方法制成的cbn涂層各項參數(shù)驗證如下：(1)涂層厚度280μm，(2)涂層表面粗糙度ra≈9μm，(3)涂層硬度：由上述方法制備的cbn涂層的硬度測量值如表3所示，在涂層表面測量10點，硬度值均較分散，這是由涂層結構所決定的，測量位置距離cbn顆粒越近，硬度值越高，表3中提供的數(shù)據(jù)，測量位置均選在粘結相(而非cbn顆粒)上。由表3可知涂層的硬度平均值為636.0hv。表3，cbn涂層的硬度hv0.05(kg/mm2)(4)涂層耐磨性：為模擬轉子葉片的使用工況，涂層的耐磨性試驗在高速摩擦試驗機上進行，對磨副選用機匣內壁涂層(隔熱涂層+磨耗封嚴涂層)。試驗條件如下：轉速4300r/min，頻率144hz，線速度90m/s，入侵速率20μm/s，刮削深度0.15mm。試驗過程中，利用紅外測溫系統(tǒng)監(jiān)控，試驗時葉尖溫度約在550℃左右。試驗前后葉尖涂層及對磨副的質量損失詳見表4。涂層磨損前后的形貌如圖2.1和圖2.2所示，對磨副的磨痕形貌如圖2.3所示。表4高速摩擦試驗前后葉尖涂層及機匣內壁涂層的質量損失(5)涂層結合強度：156mpa。實施例三：基材選用ti60合金，釬料選用厚度為50μm的連續(xù)薄帶狀ti-37.5zr-15cu-10ni基非晶態(tài)合金，硬質耐磨顆粒選用立方氮化硼cbn顆粒，并對立方氮化硼cbn顆粒進行化學鍍ni處理(含niwt.30％)，cbn顆粒與釬料的質量比為6:4，首先在葉片尖預先置放薄帶狀釬料，使釬料包裹住需要鋪設防鈦火涂層的葉片尖部，利用有機粘接劑與鍍ni的立方氮化硼cbn顆粒混合(體積比1：10)，然后均勻涂覆在釬料上；在大于或等于8×10-4pa的高真空環(huán)境中，利用中頻感應線圈局部加熱轉子葉尖(線圈的尺寸和形狀可根據(jù)葉尖的外形進行設計)，使加熱溫度保持在850℃，并保持5秒(在加熱過程中利用紅外測溫裝置對轉子葉尖進行溫度監(jiān)控，當溫度升至預設值，自動停止感應加熱，防止溫度過高對基材有不利影響，在短暫冷卻后，當溫度低于設定低溫閾值時，再次進行加熱，以使溫度維持在指定溫度)，保證釬料能完全熔化，然后在高真空環(huán)境下自然冷卻，形成防鈦火涂層。采用實施例三的方法制成的cbn涂層各項參數(shù)驗證如下：(1)涂層厚度320μm，(2)涂層表面粗糙度ra≈6μm，(3)涂層硬度：由上述方法制備的cbn涂層的硬度測量值如表5所示，在涂層表面測量10點，硬度值均較分散，這是由涂層結構所決定的，測量位置距離cbn顆粒越近，硬度值越高，表5中提供的數(shù)據(jù)，測量位置均選在粘結相(而非cbn顆粒)上。由表5可知涂層的硬度平均值為589.6hv。表5，cbn涂層的硬度hv0.05(kg/mm2)測量位置(硬度)hv16012587356145745630654975878601964510561平均值589.6(4)涂層耐磨性：為模擬轉子葉片的使用工況，涂層的耐磨性試驗在高速摩擦試驗機上進行，對磨副選用機匣內壁涂層(隔熱涂層+磨耗封嚴涂層)。試驗條件如下：轉速4300r/min，頻率144hz，線速度90m/s，入侵速率20μm/s，刮削深度0.15mm。試驗過程中，利用紅外測溫系統(tǒng)監(jiān)控，試驗時葉尖溫度約在550℃左右。試驗前后葉尖涂層及對磨副的質量損失詳見表6。涂層磨損前后的形貌如圖3.1和圖3.2所示，對磨副的磨痕形貌如圖3.3所示。表6高速摩擦試驗前后葉尖涂層及機匣內壁涂層的質量損失(5)涂層結合強度：159mpa。通過三個實施例可知：cbn顆粒與釬料的比例越低，即釬料過多，涂層結合良好，但與轉子葉尖對應的磨耗涂層易發(fā)生粘著磨損，磨屑大面積粘附在轉子葉尖上，降低了葉尖涂層的磨削能力，也不利于封嚴效果；若cbn顆粒與釬料的比例過高，即釬料過少，cbn顆粒與基體結合變差，高速工作中易于剝落，從而降低涂層的磨削能力。通過上述三個實施例對比，當cbn顆粒與釬料的質量比為8:2時，所制備的涂層具有最佳的“防鈦火”性能。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁12