本發(fā)明涉及涂層制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超厚間隙控制涂層加工工藝。

背景技術(shù)：

目前，航空發(fā)動機(jī)由于追求高的推重比，已大量使用重量輕、強(qiáng)度高的鈦合金材料制造零部件，尤其在第三代以及后的先進(jìn)發(fā)動機(jī)上已大量使用鈦合金，并且除了使用鈦合金制造零件外，還要控制發(fā)動機(jī)中鈦合金壓氣機(jī)機(jī)匣和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖的徑向間隙，減少空氣泄露，降低油耗，進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)效率，然而眾所周知，鈦是一種易燃金屬，機(jī)匣與轉(zhuǎn)子葉尖距離過近容易引發(fā)“鈦火”事故，因此，為同時達(dá)到間隙控制和控制“鈦火”的目的，需要在機(jī)匣內(nèi)壁上噴涂鈦火抑制涂層，請參閱圖1和圖2，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的壓氣機(jī)機(jī)匣的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的壓氣機(jī)機(jī)匣的壁面剖視圖，圖1和圖2中的標(biāo)號a處為需要噴涂涂層的位置。

現(xiàn)有技術(shù)中，最為常用的鈦火抑制涂層是鋁硅及其混合物涂層，依靠等離子噴涂工藝進(jìn)行噴涂，等離子噴涂是使用氬氣、氮?dú)庾鳛橹饕獨(dú)怏w，氫氣、氦氣作為次級氣體，使用一種主要?dú)怏w或一種主要?dú)怏w和一種次要?dú)怏w混合電離后加熱粉末材料，并噴射到零件表面形成涂層的一種技術(shù)，已在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中以氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合氣體熱焓最高，但氮?dú)夂蜌錃鈱︹伜辖鹆慵胁焕绊?，?yīng)避免使用，而氬氣或氬氣與氦氣的混合氣體熱焓值最低，低的熱焓值難以熔化粉末材料，使涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度降低且鈦合金件與涂層的粘結(jié)強(qiáng)度本就不如鋼制件，導(dǎo)致涂層容易剝落，更糟糕的是，為了達(dá)到抑制“鈦火”的目的，涂層的厚度必須達(dá)到0.8mm以上，導(dǎo)致涂層應(yīng)力急劇增大，進(jìn)一步惡化了涂層與鈦合金件的結(jié)合強(qiáng)度。

因此，如何提供一種超厚間隙控制涂層加工工藝，使其能夠提高涂層與鈦合金件的結(jié)合強(qiáng)度，避免涂層剝落，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種超厚間隙控制涂層加工工藝，以達(dá)到使其能夠提高涂層與鈦合金件的結(jié)合強(qiáng)度，避免涂層剝落的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種超厚間隙控制涂層加工工藝，包括步驟：

1)分層噴涂，并在每層噴涂完成后對涂層進(jìn)行降溫處理；

2)每當(dāng)涂層厚度累積達(dá)到預(yù)定厚度的n倍時，n為大于0的自然數(shù)，暫停噴涂并采用機(jī)械法消除應(yīng)力，隨后繼續(xù)噴涂直到涂層厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；

3)對涂層表面進(jìn)行車削處理。

優(yōu)選地，所述步驟1)分層噴涂的過程中，始終保持零件的溫度不超過150℃。

優(yōu)選地，在所述步驟1)之前固定零件并使零件的內(nèi)腔在零件的兩端均與外界連通形成冷卻風(fēng)道，在所述步驟1)噴涂過程中，通過冷卻風(fēng)流經(jīng)冷卻風(fēng)道將零件的溫度控制在150℃以內(nèi)。

優(yōu)選地，所述步驟1)中噴涂方向與零件噴涂面的夾角小于90°且噴涂方向迎向冷卻風(fēng)吹來方向。

優(yōu)選地，所述步驟1)分層噴涂每層的厚度為0.1mm～0.2mm。

優(yōu)選地，所述步驟1)中將涂層溫度降低至60℃后再進(jìn)行下一涂層的噴涂。

優(yōu)選地，所述預(yù)定厚度為0.4mm～0.8mm。

優(yōu)選地，所述步驟2)中對涂層進(jìn)行噴砂處理以消除應(yīng)力。

優(yōu)選地，在所述步驟3)中，使用碳化鎢車刀通過干切削的方式對涂層表面進(jìn)行車削處理。

優(yōu)選地，所述步驟3)中車削加工的車削參數(shù)為進(jìn)給速率0.1mm/r，轉(zhuǎn)速80rpm～120rpm。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的超厚間隙控制涂層加工工藝，包括步驟：1)分層噴涂，并在每層噴涂完成后對涂層進(jìn)行降溫處理；2)每當(dāng)涂層厚度累積達(dá)到預(yù)定厚度的n倍時，n為大于0的正整數(shù)，暫停噴涂并采用機(jī)械法消除應(yīng)力，隨后繼續(xù)噴涂直到涂層厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；3)對涂層表面進(jìn)行車削處理；

由此可見，本發(fā)明提供的涂層加工工藝，采用分層噴涂的方法，并且在每層噴涂完成后進(jìn)行降溫處理以對每層的應(yīng)力進(jìn)行釋放，避免每層受到自身及其上一層的應(yīng)力的雙重影響，提高層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度，同時，每當(dāng)涂層厚度累積達(dá)到預(yù)定厚度的整數(shù)倍時，利用機(jī)械法再對涂層進(jìn)行應(yīng)力消除操作，這樣，避免了涂層整體成型后，應(yīng)力過大的問題，能夠有效提高涂層與鈦合金件的結(jié)合強(qiáng)度，避免涂層剝落。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的壓氣機(jī)機(jī)匣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的壓氣機(jī)機(jī)匣的壁面剖視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種超厚間隙控制涂層加工工藝，以達(dá)到使其能夠提高涂層與鈦合金件的結(jié)合強(qiáng)度，避免涂層剝落的目的。

下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供的一種超厚間隙控制涂層加工工藝，包括步驟：

S1：分層噴涂，并在每層噴涂完成后對涂層進(jìn)行降溫處理；

S2：每當(dāng)涂層厚度累積達(dá)到預(yù)定厚度的n倍時，n為大于0的自然數(shù)，暫停噴涂并采用機(jī)械法消除應(yīng)力，隨后繼續(xù)噴涂直到涂層厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；

S3：對涂層表面進(jìn)行車削處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的超厚間隙控制涂層加工工藝，采用分層多次噴涂的方法，并且在每層噴涂完成后進(jìn)行降溫處理以對每層的應(yīng)力進(jìn)行釋放，提高層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度，同時，每當(dāng)涂層厚度累積達(dá)到預(yù)定厚度的整數(shù)倍時，利用機(jī)械法再對涂層進(jìn)行應(yīng)力消除操作，這樣，避免了涂層整體成型后，應(yīng)力過大的問題，能夠有效提高涂層與鈦合金件的結(jié)合強(qiáng)度，避免涂層剝落。

從圖1和圖2中可以看出，發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)機(jī)匣為薄壁零件，若噴涂時零件溫度過高，將由于噴涂結(jié)束后冷卻時零件和涂層收縮不一致而產(chǎn)生應(yīng)力，影響涂層與零件的結(jié)合，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提高涂層與零件之間的結(jié)合強(qiáng)度，步驟S1的分層噴涂過程中，始終保持零件的溫度不超過150℃，可減小噴涂后冷卻時由于零件和涂層的收縮不一致而造成的應(yīng)力,從而有利于涂層與零件的結(jié)合。

優(yōu)選地，在本發(fā)明實(shí)施例中，采用風(fēng)冷的方式對零件進(jìn)行降溫，同時，為保證零件內(nèi)外溫度的一致性，通過四路冷卻氣路對零件內(nèi)外同時進(jìn)行降溫，而現(xiàn)有的噴涂工藝中，在裝夾零件時往往會造成零件一端封閉，若在這種情況下在零件內(nèi)壁設(shè)置冷卻氣路，將導(dǎo)致零件內(nèi)腔氣流紊亂，未熔化的粉末在零件內(nèi)腔中無法排出，最終夾雜在涂層中，導(dǎo)致涂層質(zhì)量下降，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟S1之前首先要固定零件并使零件的內(nèi)腔在零件的兩端均與外界連通形成冷卻風(fēng)道，這樣，在步驟S1噴涂過程中，一方面通過冷卻風(fēng)流經(jīng)冷卻風(fēng)道將零件的溫度控制在150℃以內(nèi)，另一方面可以消除紊亂氣流，盡快將未熔化的粉末排出，從而保證涂層質(zhì)量。

要防止“鈦火”事故的發(fā)生，就要求涂層的厚度達(dá)到0.8mm以上，比較保險的是使涂層厚度達(dá)到1.2mm，由于涂層較厚，必須要在零件內(nèi)壁上開設(shè)一個深度與涂層厚度一致的槽，并且由于在噴涂完成后還需要對涂層表面進(jìn)行車削處理，因此，涂層的目標(biāo)厚度應(yīng)當(dāng)達(dá)到1.6mm～1.8mm較為合適，而在深度為1.2mm的槽中噴涂涂層，由于反射效應(yīng)，上、下槽邊緣沉積大量未熔化粉末顆粒，容易形成疏松條帶，為解決這一問題，在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S1中噴涂方向與零件噴涂面的夾角小于90°且噴涂方向迎向冷卻風(fēng)吹來方向，通過多次試驗(yàn)，噴涂方向與噴涂面的夾角最好為30°。

本發(fā)明主要思路是將整體涂層分層，利用薄涂層應(yīng)力小的特點(diǎn)在單層噴涂完成后盡快將其釋放，因此，在步驟S1分層噴涂每層的厚度最好為0.1mm～0.2mm，在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選為0.15mm。

單層涂層噴涂完成后對其進(jìn)行降溫處理，有助于減小應(yīng)力，避免其受到自身應(yīng)力及其上的另一單層涂層應(yīng)力的雙重作用，從而有效地提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，為達(dá)到這一目的，在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S1中將涂層溫度降低至60℃后再進(jìn)行下一涂層的噴涂。

雖然在每層噴涂完成后都進(jìn)行降溫處理以減小應(yīng)力，但是由于涂層較厚，僅僅通過控溫，并不能保證將應(yīng)力減小到可控的范圍內(nèi)，因此，為進(jìn)一步提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，還需要在涂層累計到一定厚度后，采用機(jī)械的方式消除應(yīng)力，比如振動、噴砂等等，在本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)定厚度為0.4mm～0.8mm，優(yōu)選地，雖然在本發(fā)明實(shí)施例中涂層的目標(biāo)厚度為1.6mm～1.8mm，但是最終厚度為1.2mm，多余的需要車削掉，因此，將預(yù)定厚度設(shè)為0.6mm，這樣能夠充分保證最終涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S2中采用噴砂處理以消除涂層的應(yīng)力，噴砂處理不僅能夠消除應(yīng)力，還能夠增加涂層表面的粗糙度，從而進(jìn)一步提高涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度，優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中，選用剛玉砂來進(jìn)行噴砂處理。

在涂層噴涂完成后，還需要進(jìn)行車削處理以使涂層達(dá)到最終厚度，而車削質(zhì)量的好壞直接影響涂層的質(zhì)量，若車削工藝不合適，極易在涂層表面出現(xiàn)花斑、剝落等現(xiàn)象，因此，通過多次嘗試，等到了一種較為合適的車削處理方式，即在步驟S3中，使用碳化鎢車刀通過干切削的方式對涂層表面進(jìn)行車削處理。

進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S3中車削加工的車削參數(shù)為進(jìn)給速率0.1mm/r，轉(zhuǎn)速80rpm～120rpm，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過上述車削工藝，能夠使涂層表面致密，光滑，均勻一致。

通過上述方案的采用，涂層結(jié)合強(qiáng)度大大提高，經(jīng)五次426°熱循環(huán)后仍結(jié)合良好，涂層噴涂到1.6～1.8mm厚時仍可保持結(jié)合強(qiáng)度，突破了在內(nèi)孔面上噴涂鋁硅類涂層不能超過1mm的工程應(yīng)用極限，涂層孔洞，凹槽上、下邊緣的疏松帶現(xiàn)象都得到了完美解決。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。