制備用于熱噴涂金屬涂層的基材的方法
【專利說明】制備用于熱噴涂金屬涂層的基材的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備基材的待涂覆的區(qū)域來接收通過熱噴涂沉積的金屬涂層的 方法。
[0002] 具體來說，本發(fā)明涉及對高溫特別敏感的基材，或者更概括地說與通過熱噴涂來 沉積金屬層存在不兼容性的基材。
[0003] 具體來說，但以非限制性的方式，本發(fā)明涉及由有機(jī)基質(zhì)復(fù)合（0MC)材料材料制 成的基材。還可特別考慮由鎂基合金制成的基材，或?qū)嶋H上全部或部分地由有機(jī)材料例如 塑料材料制成的基材。
[0004] 在飛機(jī)制造業(yè)領(lǐng)域，具體來說，在飛機(jī)渦輪式噴射引擎領(lǐng)域，降低渦輪式噴射引擎 的組件元件的重量受到人們持續(xù)的關(guān)注。
[0005] 這種關(guān)注導(dǎo)致正在開發(fā)的風(fēng)機(jī)葉片或定子導(dǎo)流葉片具有由有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料制 成的翼片，因?yàn)檫@種復(fù)合材料翼片的重量比金屬翼片更輕。然而，這種復(fù)合材料翼片的前 緣對腐蝕和可能的沖擊（鳥、碎石、冰、砂等）太敏感，以至于不能在沒有保護(hù)的情況下進(jìn)行 使用。
[0006] 因此，需要保護(hù)0MC零件，從而保持它們的幾何和物理完整性，以及從而保證特定 的最短壽命。已知通過使用下述方式來保護(hù)這種前緣：
[0007] 膠合到前緣的金屬增強(qiáng)帶；
[0008] 施涂到前緣的耐腐蝕油漆；
[0009] 膠合到前緣的金屬或塑料耐腐蝕膜；或者
[0010] 如上所述保護(hù)物的組合。
[0011] 例如，可為0MC葉片具體來說風(fēng)機(jī)葉片的前緣的尖端提供金屬涂層。
[0012] 該待涂覆的區(qū)域本身就像薄的箱，當(dāng)葉片較小時尤其如此，且其可因熱噴涂金屬 進(jìn)行的涂敷而被嚴(yán)重?fù)p壞。
[0013] 其它應(yīng)用也是可能的；具體來說，箱體（例如設(shè)置在風(fēng)機(jī)周圍的引擎進(jìn)口箱體）、 低壓導(dǎo)流葉片，和更概括地溫度不超過150°c的任意零件。
[0014] 文獻(xiàn)FR2978931批露在壓縮下通過熱噴涂制備保護(hù)性涂層，具體來說，用于抵抗 如上所述的因涂層和基材的熱膨脹差異導(dǎo)致涂層處于拉伸中的現(xiàn)象。
[0015] 不管使用何種保護(hù)物，它與前緣的粘合能力都至關(guān)重要：保護(hù)物必須足夠良好地 粘合到前緣，足以在不脫離且不相對于邊緣移動的情況下良好地耐受沖擊，并從而滿足在 正常操作中的壽命要求。
[0016] 由熱噴涂獲得的涂層構(gòu)成滿足這種需求的技術(shù)。然而，對于復(fù)雜形狀的0MC零件， 熱噴涂存在多種困難：
[0017] 涂層的粘合：〇MC零件主要由纖維（>70%)(具體來說碳纖維），和更少含量的 樹脂（< 30% )(具體來說環(huán)氧樹脂）形成。相反，因?yàn)?MC的結(jié)構(gòu)和制造方式，0MC材料 的表面構(gòu)成中樹脂多于碳纖維，盡管熱噴涂的涂層粘合到碳纖維，但它們與樹脂的粘合非 常差。結(jié)果，涂層只通過0MC材料表面處存在的碳纖維材料粘合到0MC材料，即最多通過 50 %表面積粘合。
[0018] 熱噴涂對0MC的高溫影響：在熱噴涂過程中，環(huán)氧樹脂在由噴涂的熔融的金屬產(chǎn) 生的熱量的影響下劣化；對于碳纖維亦是如此，但程度更低。這種缺陷源自樹脂和碳的低熱 擴(kuò)散系數(shù)。
[0019] 對于熱噴涂而言，熱擴(kuò)散系數(shù)看作待涂覆的基材排出或分散具體來說基材從熔融 的粉末接收的熱量的或快或慢的能力。熱擴(kuò)散系數(shù)越低，熱量在受影響的基材中局部濃縮 的程度越大；這對其自身完整性是有害的。這種熱影響損壞0MC基材的表面，該損壞直到幾 十毫米（mm)的深度。對于具有較小厚度（< 2mm)或輕量的零件而言，這種影響會被放大 并且是毀滅性的。
[0020] 不同的熱膨脹：熱噴涂由下述組成：通過噴涂熔融的粉末在零件的表面上沉積涂 層。冷卻時，因?yàn)闊崾湛s比更冷的基材的收縮更大，涂層發(fā)生收縮。涂層和基材之間的熱收 縮/膨脹的差異，導(dǎo)致在涂層中形成拉伸，其隨后稱為"處于拉伸中"。這種現(xiàn)象降低基材上 的涂層的粘合，且該影響效果其隨著涂層和基材的熱膨脹特征之間的差異的增加而增加。 這特別適用于具有較小熱膨脹系數(shù)的0MC基材，與之相比，金屬涂層具有中等熱膨脹系數(shù)。
[0021] 本發(fā)明的目的是提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)的不足的方法，具體來說能通過熱噴 涂在基材上沉積金屬涂層，具體來說是通過熱噴涂在0MC基材上沉積金屬涂層，且這樣作 能形成改善的粘合和強(qiáng)度。
[0022] 為此，在本發(fā)明中，所述方法特征在于實(shí)施下述步驟：
[0023] a)在待涂覆的區(qū)域上沉積粘合劑層，該層具有大于10微米（μm)且小于100μm 的均勻的厚度；
[0024] b)在粘合劑干燥之前，將金屬粉末冷噴涂到該待涂覆的區(qū)域上，從而粉末顆粒至 少部分地嵌入所述粘合劑層中；和
[0025] c)干燥該粘合劑，其中所述粉末顆粒仍然是被捕集的，由此形成適于接收由熱噴 涂沉積的金屬涂層的底涂層。
[0026] 這樣，可理解因?yàn)榇嬖谡澈蟿軐⒔饘俜勰╊w粒冷沉積（即在環(huán)境溫度下沉積） 到基材的表面上，且這樣做不在限于待涂覆的區(qū)域的區(qū)域中以任何方式損壞基材，在后續(xù) 的為了沉積金屬涂層的熱噴涂過程中這些金屬粉末顆粒用于保護(hù)基材。
[0027] 因此，使用0MC基材時，將金屬粉末顆粒冷沉積到0MC基材的表面上，且不在限于 待涂覆的區(qū)域的區(qū)域以任何方式損壞基材的纖維或基質(zhì)，然后在后續(xù)的為了沉積金屬涂 層自身的熱噴涂過程中這些金屬粉末顆粒用于保護(hù)0MC基材。
[0028] 底涂層由膠合到基材上的金屬粉末顆粒組成，而不是由熔融并噴涂到基材上的金 屬粉末顆粒組成。
[0029] 總之，通過使用本發(fā)明的解決方案，能制備冷金屬粘合底涂層。
[0030] 因此，該技術(shù)可適用于粘合劑粘合到該基材上的任何基材。
[0031] 粘合劑優(yōu)選地適于在低于100°C的溫度下干燥（或固化），從而避免在干燥步驟過 程中損壞基材，具體來說0MC基材。
[0032] 這種解決方案還提供額外的益處：通過適當(dāng)?shù)剡x擇用于底涂層的粉末的組成，能 由選自適于提供針對磨損和摩擦的保護(hù)的全部可能范圍的材料的材料來制備金屬涂層。
[0033] 以非限制性的方式，這些材料可包含下述金屬粉末：〃Triball〇y〃（注冊商標(biāo)）或 "Stellite〃（注冊商標(biāo)）類的 NiAl, NiCrAl, NiCrAlY, CuNi In, CuAl, Co-基合金，WC-金屬 或Cr2C3-金屬類的碳化物陶瓷金屬，可能在單一粉末中或?qū)嶋H上在兩種或更多種粉末的混 合物中包含潤滑清漆（金屬氮化硼或金屬石墨類的）。
[0034] 通過熱噴涂到膠合的底涂層上獲得的后續(xù)的涂層的粘合取決于不同參數(shù)，所述參 數(shù)包括粘合劑層的厚度。如果粘合劑層太厚，那么金屬粉末顆粒覆蓋在粘合劑中，且粘合降 低，因?yàn)樵跓釃娡窟^程中，熔融的材料開始時沒有遇到底涂層的金屬顆粒。
[0035] 底涂層由未熔融的金屬粉末顆粒組成，其中大多數(shù)是以下情況：
[0036] -半嵌入基材側(cè)面上的粘合劑中；和
[0037] -半在另一側(cè)面從粘合劑層凸起；因此該底涂層容易接收熱凸起的層。
[0038] 為此，可理解粘合劑層的厚度需要小于粉末顆粒的尺寸。因此，優(yōu)選地，所述粘 合劑層的厚度小于所述粉末的顆粒的平均直徑d 5。。
[0039] 如果金屬粉末（或粉末的混合物）的顆粒的表面濃度較低，那么粘合相應(yīng)地降低。
[0040] 表面濃度是每單位區(qū)域的顆粒數(shù)。如果金屬顆粒很寬地隔開，那么表面濃度較低。 如果金屬顆粒并列設(shè)置，那么表面濃度最大。后續(xù)地噴涂的涂層的粘合取決于該表面濃度。 強(qiáng)力的粘合需要表面濃度相當(dāng)高，但不是最大值，從而留下足夠的粘合劑來確保膠合到基 材上的底涂層的粘合。
[0041] 該參數(shù)通過相對于所用粘合劑的流動性的金屬粉末的晶粒尺寸分布來調(diào)節(jié)。
[0042] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟b)結(jié)束時，多于70%且小于95%的待涂覆的區(qū)域 的表面積被粉末顆粒覆蓋。
[0043] 在優(yōu)選的