一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法
【專利摘要】一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法，屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，按以下步驟進(jìn)行：（1）將MgO和Al2O3混合球磨制成混合粉末，篩選60~80目的部分，干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中；（2）采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將油污和雜質(zhì)去除，置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上；（3）啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體；（4）通過(guò)送粉裝置送粉并開(kāi)始噴涂，在基體上噴涂形成陶瓷阻尼涂層。本發(fā)明適用于提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件的阻尼能力，改善零件的動(dòng)態(tài)特性，降低振動(dòng)損傷故障發(fā)生的可能性。
【專利說(shuō)明】一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，針對(duì)葉片、筒等薄殼構(gòu)件所采用的涂層技術(shù)多是用于實(shí)現(xiàn)熱障、耐磨、耐蝕等功能。但隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械功率的不斷提高以及工作條件越來(lái)越嚴(yán)酷，振動(dòng)問(wèn)題就越來(lái)越突出。特別是各類葉片由振動(dòng)引起的疲勞故障成為亟待解決的重要技術(shù)難題。傳統(tǒng)的構(gòu)件材料已經(jīng)無(wú)法滿足使用要求，因此只有通過(guò)采取其它合理的被動(dòng)減振方法來(lái)降低振動(dòng)水平，而涂層阻尼作為界面阻尼的一種主要方法是必然的選擇。
[0003]現(xiàn)有在零部件上施加阻尼涂層的技術(shù)多是通過(guò)粘貼和涂刷橡膠等粘彈性材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這類涂層或涂料多是一些具有粘彈性的有機(jī)高分子聚合物，在常溫、低速的普通工況下具有良好的減振效果。但由于這些材料具有環(huán)境穩(wěn)定性差，使用溫度范圍窄，強(qiáng)度低，易老化、開(kāi)裂和剝落等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍。因此難以在諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等這類工況復(fù)雜惡劣的零部件上進(jìn)行應(yīng)用。同時(shí)這類材料也存在著有毒、易燃、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。然而某些無(wú)機(jī)材料在具有足夠的強(qiáng)度和韌性的同時(shí)，還具有不依賴振幅或頻率的特點(diǎn)，相對(duì)于有機(jī)材料來(lái)說(shuō)較少地依賴于溫度，并具有較高的內(nèi)稟阻尼特性因此相比傳統(tǒng)有機(jī)阻尼涂層材料具有更廣闊的應(yīng)用前景。將某些陶瓷涂層在特定工藝方法和條件下涂覆于旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面，涂層的內(nèi)摩擦和其它微觀機(jī)制諸如微觀裂紋的演變等均可提供能量耗散的機(jī)制，從而降低振動(dòng)水平，降低振動(dòng)損傷故 障發(fā)生的可能性。但目前為止，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的葉片表面涂覆陶瓷涂層從而降低葉片振動(dòng)應(yīng)力的方法未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件施加阻尼涂層技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法，通過(guò)大氣等離子法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件沉積制備陶瓷涂層，使旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件具有良好的抗震能力，降低旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件工作時(shí)的振動(dòng)水平。
[0005]本發(fā)明的在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法按以下步驟進(jìn)行:
1、將MgO和Al2O3按重量比為MgO= Al2O3 =1: (2~4)混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中；
2、采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上；
3、啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為4(T45 scm，氫氣的流量為12.5^14.5scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至35~45 kw ；4、開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為1(T20 g/min,在基體上噴涂形成陶瓷阻尼涂層。
[0006]上述方法中，噴涂時(shí)控制噴槍與基體的距離在6(T80mm。
[0007]上述的陶瓷阻尼涂層的厚度為50-80 μ m。
[0008]本發(fā)明的方法制備的陶瓷阻尼涂層具有良好的結(jié)合力，阻尼適用溫度范圍寬，涂覆后基體的阻尼因子提高35~40%，可以增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件的抗振能力，有效地降低葉片振動(dòng)水平；同時(shí)所采用的大氣等離子噴涂方法為目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)涂層制備的主要手段，不存在生產(chǎn)制備上無(wú)法逾越的技術(shù)障礙；另外涂層所選用材料十分普遍，采購(gòu)方便，不受原材料供應(yīng)方面的限制。本發(fā)明適用于提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件的阻尼能力，改善零件的動(dòng)態(tài)特性，降低振動(dòng)損傷故障發(fā)生的可能性。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的噴涂方法示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的陶瓷阻尼涂層和基體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1、基體，2、陶瓷阻尼涂層，3、噴槍，4、放電室，5、進(jìn)氣通道，6、送粉通道，7、等離子體。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明實(shí)施例中采用的大氣等離子噴涂機(jī)的型號(hào)為APS2000。
[0011]本發(fā)明實(shí)施例中采用的MgO和Al2O3為工業(yè)產(chǎn)品，重量純度≥99%。
[0012]本發(fā)明實(shí)施例中采用的氬氣和氫氣純度> 99%。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例中將基體表面的油污和雜質(zhì)去除是指采用常規(guī)方法進(jìn)行噴砂，去除表面的銹蝕和雜質(zhì)，然后置于無(wú)水乙醇、丙酮或去離子水中，對(duì)基體施加超聲波進(jìn)行清洗，控制超聲波的頻率為35飛5Hz，清洗時(shí)間為l(T20min，采用的超聲波清洗機(jī)，型號(hào)為KQ-250B ;最后用吹風(fēng)機(jī)吹干完成預(yù)處理。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例中選用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例中的基體噴涂形成陶瓷阻尼涂層后，依據(jù)ASTM D738標(biāo)準(zhǔn)的彎曲測(cè)試規(guī)范，采用Q800型動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀在室溫下進(jìn)行阻尼性能測(cè)試，阻尼性能(Q—1)提高35~40%。
[0016]實(shí)施例1
將MgO和Al2O3按重量比為MgO = Al2O3 =1:2混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中； 采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上；
啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為40scm，氫氣的流量為12.5scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至35kw ；
開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為10g/min，噴槍與基體的距離在60mm，在基體上噴涂至陶瓷阻尼涂層的厚度為50 μ m;噴涂后基體的阻尼因子提聞40%ο[0017]實(shí)施例2 將MgO和Al2O3按重量比為MgO = Al2O3 =1:3混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中； 采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上； 啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為41 scm，氫氣的流量為13scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至40 kw ； 開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為15g/min，噴槍與基體的距離在70mm，在基體上噴涂至陶瓷阻尼涂層的厚度為60 μ m ;噴涂后基體的阻尼因子提聞40%ο[0018]實(shí)施例3 將MgO和Al2O3按重量比為MgO = Al2O3 =1:4混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中； 采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上； 啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為42scm，氫氣的流量為13.5scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至45 kw ； 開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為20g/min，噴槍與基體的距離在80mm，在基體上噴涂至陶瓷阻尼涂層的厚度為70 μ m ;噴涂后基體的阻尼因子提聞39%ο[0019]實(shí)施例4 將MgO和Al2O3按重量比為MgO = Al2O3 =1:2.5混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中； 采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上； 啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為43 scm，氫氣的流量為14scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至40kw ； 開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為18g/min，噴槍與基體的距離在65mm，在基體上噴涂至陶瓷阻尼涂層的厚度為80 μ m ;噴涂后基體的阻尼因子提聞38%ο[0020]實(shí)施例5將MgO和Al2O3按重量比為MgO = Al2O3 =1:3.5混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中；
采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上；
啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為45 scm，氫氣的流量為14.5scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至45 kw ；
開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為12g/min，噴槍與基體的距離在75mm，在基體上噴涂至陶瓷阻尼涂層的厚度為55 μ m ;噴涂后基體的阻尼因子提聞35%。·
【權(quán)利要求】
1.一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)將MgO和Al2O3按重量比為MgO= Al2O3 =1: (2^4)混合，球磨制成混合粉末，篩選出粒度在60-80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂層材料；然后裝入大氣等離子噴涂機(jī)的送粉裝置中； (2)采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件作為基體，將基體表面的油污和雜質(zhì)去除，然后置于大氣等離子噴涂機(jī)的工作臺(tái)上； (3)啟動(dòng)大氣等離子噴涂機(jī)，向大氣等離子噴涂機(jī)的噴槍內(nèi)通入氬氣和氫氣，控制氬氣的流量為4(T45 scm，氫氣的流量為12.5^14.5scm，流量穩(wěn)定后開(kāi)啟大氣等離子噴涂機(jī)的電源，起輝產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)功率至35~45 kw ； (4)開(kāi)啟送粉裝置向基體噴涂陶瓷涂層材料，控制陶瓷涂層材料的送粉量為1(T20g/min,在基體上噴涂形成陶瓷阻尼涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法，其特征在于噴涂時(shí)控制噴槍與基體的距離在6(T80mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在旋轉(zhuǎn)機(jī)械薄殼構(gòu)件表面制備陶瓷阻尼涂層的方法，其特征在于所述的陶瓷阻尼涂層的厚度`50-80 μ m。
【文檔編號(hào)】C23C4/10GK103572192SQ201310561019
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】杜廣煜, 孫偉, 巴德純, 韓清凱 申請(qǐng)人:東北大學(xué)