一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法與流程
1.本技術(shù)屬于熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
2.為提高航空發(fā)動機推重比、效率以及有效載荷，熱障涂層技術(shù)在發(fā)動機多部件的設(shè)計與研制中愈來愈得到重視?；鹧嫱矠榘l(fā)動機的高溫部件，是組織燃燒的場所，其零部件常年需要經(jīng)受高溫?zé)崃康妮斎耄瑸榱擞行а娱L其零件壽命、降低冷卻要求以及提高發(fā)動機熱效率，需要為零件提供有效隔熱、抗氧化和耐腐蝕涂層。
3.相關(guān)技術(shù)中，航空抗高溫產(chǎn)品制備技術(shù)一般以滲鋁、滲鋁鉻和電子束-物理氣相沉積mcraly為主。然而該工藝均在高溫狀態(tài)下制備涂層，制備后零件極易變形，同時會消耗大量的能源。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.為了解決相關(guān)技術(shù)中航空抗高溫產(chǎn)品制備工藝在高溫狀態(tài)下制備涂層，制備后零件極易變形，同時會消耗大量的能源的問題，本發(fā)明提供一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法，所述技術(shù)方案如下：
5.一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法，所述方法包括：
6.步驟1、對零件表面進行清洗并對非噴涂部位進行防護；
7.步驟2、對零件噴涂流道面進行吹砂粗化處理，使其成為均勻無金屬光澤的粗糙表面；
8.步驟3、冷卻零件；
9.步驟4、按照預(yù)設(shè)的噴涂點位，采用第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)對零件流道表面進行噴涂，該第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括各點位之間的噴移動速度，以及各點位的噴涂角度；
10.步驟5、在吹砂表面，采用第二預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)噴涂ni22cr10al1.0y底層；
11.步驟6、在底層表面，采用第三預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)噴涂zro
2 8y2o3面層。
12.可選地，步驟1中，采用防高溫膠帶對零件非噴涂部位進行防護，并采用防護工裝進行防護。
13.可選地，步驟2中，吹砂表面粗糙度ra≥4。
14.可選地，步驟3中，噴砂結(jié)束后，將吹砂工裝換成噴涂夾具，從零件下方向零件吹冷風(fēng)，對零件進行冷卻。
15.可選地，步驟4中，根據(jù)零件流道表面軸向弧面長度確定噴涂點位。
16.可選地，步驟4中，根據(jù)零件流道表面軸向弧面長度將流道表面沿軸向方向均分成4部分，每一部分軸向弧面長度相等，將噴涂點位設(shè)定在每部分的邊界處。
17.可選地，噴涂點位為a、b、c、d、e，噴涂時機器人夾持噴行進，依次經(jīng)過a、b、c、d、e點位，實現(xiàn)連續(xù)噴涂，噴由a點行進至e點，再返回a點為一個噴涂循環(huán)；a點和e點的噴涂角度為60
°
，b點和d點的噴涂角度為75
°
，c點的噴涂角度為90
°
，噴涂角度指的是噴與點位所
在面的角度。
18.可選地，ab段與de段的噴移動速度為20mm/s，bc段和cd段的噴移動速度為30mm/s。
19.可選地，步驟5中，第二預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括：送粉量為25％；氬氣壓力為100
±
5psi；氬氣流量為80～100scfh；輔氣壓力為50
±
5psi；輔氣流量為5～15scfh；送粉氣壓力為50
±
5bar；送粉氣流量為8～12；電流為500
±
5a；電壓為75
±
5v；第一階段噴涂距離為200
±
10mm；第二階段噴涂距離為180
±
10mm；涂層最終厚度為0.1mm～0.2mm。
20.可選地，步驟6中，第三預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括：送粉量為25％；氬氣壓力為75
±
5psi；氬氣流量為80～100scfh；輔氣壓力為50
±
5psi；輔氣流量為5～15scfh；送粉氣壓力為2.4
±
0.2bar；送粉氣流量為5～6；電流為550
±
5a；電壓為65
±
5v；第一階段噴涂距離為100
±
10mm；第二階段噴涂距離為90
±
10mm；涂層最終厚度為0.2mm～0.4mm。
21.本發(fā)明的有益效果至少在于：
22.1、通過等離子噴涂技術(shù)，使得零件基體溫度在150℃以下；
23.2、通過合理均布的噴涂點位設(shè)計和噴涂參數(shù)，設(shè)計了一種噴涂過程中5次噴涂角度變換；
24.3、優(yōu)化機器人在各點位之間的運行速度和角度，使得涂層孔隙率可達3％以下，未熔化顆粒不大于15％(φmax≤60μm))，同時涂層可以耐1100℃熱震不小于20次，并且其力學(xué)性能達到10mpa以上；
25.4、零件不易變形，降低消耗能源。
附圖說明
26.圖1為本技術(shù)實施例提供的一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法流程示意圖；
27.圖2為本技術(shù)實施例提供的噴涂保護工裝結(jié)構(gòu)示意圖；
28.圖3為本技術(shù)實施例提供的機器人運行點位示意圖；
29.圖4為本技術(shù)實施例提供的氧化鋯試樣和金相結(jié)果示意圖。
具體實施方式
30.下面通過具體的實施方式和附圖對本技術(shù)作進一步詳細說明。
31.本實施例提供一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法，請參見圖1，該方法包括以下步驟：
32.步驟1、對零件表面進行清洗并對非噴涂部位進行防護。
33.清洗和防護時可采用丙酮等有機溶劑對零件需噴涂流道表面及鄰近表面進行清洗至表面無可見油污，然后使清洗后的零件在空氣中晾干。再采用防高溫膠帶對零件非噴涂部位進行防護，并采用防護工裝進行防護，防護示意圖如圖2所示，圖2中的100為被保護零件。
34.示例地，本實施例中的零件可以是火焰筒頭部，也可以是火焰筒外環(huán)，本實施例對零件不作具體限定。
35.步驟2、對零件噴涂流道面進行吹砂粗化處理，使其成為均勻無金屬光澤的粗糙表面。
36.對零件噴涂流道面進行吹砂粗化處理，吹砂處理后，零件噴涂流道面是均勻無金屬光澤的粗糙表面。
37.在一實施例中，進行吹砂粗化處理的吹砂表面粗糙度ra≥4。
38.步驟3、冷卻零件。
39.噴砂結(jié)束后，將吹砂工裝換成噴涂夾具，從零件下方向零件吹冷風(fēng)，對零件進行冷卻。
40.步驟4、按照預(yù)設(shè)的噴涂點位，采用第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)對零件流道表面進行噴涂。
41.該第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括各點位之間的噴移動速度，以及各點位的噴涂角度。
42.本實施例中，設(shè)定機械人自動噴涂點位時可根據(jù)零件流道表面軸向弧面長度將流道表面沿軸向方向均分成4部分，每一部分軸向弧面長度相等，將機械人自動噴涂點位設(shè)定在每部分的邊界處，噴與流道表面距離是熱噴涂工藝參數(shù)中噴涂距離規(guī)定值，噴與流道表面切面呈45
°
～90
°
，盡可能接近90
°
，將噴涂點位命名為a、b、c、d、e，如圖3所示，將流道表面沿軸向方向均分成4部分為ab段，bc段，cd段，de段。噴涂時機器人夾持噴行進，依次經(jīng)過a、b、c、d、e點位，實現(xiàn)連續(xù)噴涂，噴由a點行進至e點，再返回a點為一個噴涂循環(huán)。a點和e點的噴涂角度為60
°
，b點和d點的噴涂角度為75
°
，c點的噴涂角度為90
°
。其中的噴涂角度指的是噴與點位所在面的角度。因不同點位之間的噴涂角度不同，導(dǎo)致涂層在不同區(qū)域的沉積效率不同。為保證涂層厚度均勻，本實施例優(yōu)化了各點位之間的噴移動速度，ab段與de段的噴移動速度為20mm/s，bc段和cd段的噴移動速度為30mm/s，噴涂過程中，采用壓縮空氣進行零件基體冷卻，同時，每噴涂2個循環(huán)，停止噴涂，等待2min，再繼續(xù)噴涂，以保證噴涂過程中基體溫度不超過150℃。
43.步驟5、在吹砂表面，采用第二預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)噴涂ni22cr10al1.0y底層。
44.噴涂底層時，底層粉末成分為ni22cr10al1.0y；等離子噴涂設(shè)備為：metco9m；第二預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括：送粉量：25％；氬氣壓力：100
±
5psi；氬氣流量：80～100scfh；輔氣壓力：50
±
5psi；輔氣流量：5～15scfh；送粉氣壓力：50
±
5bar；送粉氣流量：8～12；電流：500
±
5a；電壓：75
±
5v；第一階段(即第一個噴涂循環(huán))噴涂距離(噴涂距離為噴與流道表面的距離)：200
±
10mm，第二階段(即第二個噴涂循環(huán))噴涂距離：180
±
10mm，涂層最終厚度為0.1mm～0.2mm。噴涂過程中零件采用壓縮空氣冷卻，從零件側(cè)方冷卻零件。
45.步驟6、在底層表面，采用第三預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)噴涂zro
2 8y2o3面層。
46.噴涂面層時，氧化鋯粉末成分為zro
2 8y2o3；等離子噴涂設(shè)備為：metco9m；第三預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括：送粉量：25％；氬氣壓力：75
±
5psi；氬氣流量：80～100scfh；輔氣壓力：50
±
5psi；輔氣流量：5～15scfh；送粉氣壓力：2.4
±
0.2bar；送粉氣流量：5～6；電流：550
±
5a；電壓：65
±
5v；第一階段噴涂距離：100
±
10mm，第二階段噴涂距離：90
±
10mm，涂層最終厚度為0.2mm～0.4mm。噴涂過程中零件采用壓縮空氣冷卻，從零件側(cè)方冷卻零件。
47.以火焰筒頭部為例，通過本發(fā)明制的涂層的試樣和金相結(jié)果如圖4所示。
48.步驟7、拆卸夾具，清理零件。
49.本發(fā)明提供的一種火焰筒頭部等離子噴涂氧化鋯熱障涂層的工藝方法，可使氧化鋯涂層的孔隙率控制在3％以下，未熔化顆粒不大于15％(φmax≤60μm))，同時涂層可以耐1100℃熱震不小于20次，并且其力學(xué)性能達到10mpa以上。
50.采用本發(fā)明，可以通過涂層的應(yīng)力分布，控制噴涂粉末在飛行中的受熱過程，可以
有效調(diào)節(jié)涂層中氧化物的含量和孔隙率的含量，使得涂層的氧化物含量；同時，均勻噴涂可使噴涂過程中分散熱量，防止局部過熱。
51.以上僅表達了本技術(shù)的實施方式，其描述較為具體和詳細，但且不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本技術(shù)的保護范圍。另外，本發(fā)明未詳盡部分均為常規(guī)技術(shù)。
技術(shù)特征：
1.一種復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述方法包括：步驟1、對零件表面進行清洗并對非噴涂部位進行防護；步驟2、對零件噴涂流道面進行吹砂粗化處理，使其成為均勻無金屬光澤的粗糙表面；步驟3、冷卻零件；步驟4、按照預(yù)設(shè)的噴涂點位，采用第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)對零件流道表面進行噴涂，該第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括各點位之間的噴移動速度，以及各點位的噴涂角度；步驟5、在吹砂表面，采用第二預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)噴涂ni22cr10al1.0y底層；步驟6、在底層表面，采用第三預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)噴涂zro
2 8y2o3面層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，采用防高溫膠帶對零件非噴涂部位進行防護，并采用防護工裝進行防護。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，吹砂表面粗糙度ra≥4。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，噴砂結(jié)束后，將吹砂工裝換成噴涂夾具，從零件下方向零件吹冷風(fēng)，對零件進行冷卻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中，根據(jù)零件流道表面軸向弧面長度確定噴涂點位。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟4中，根據(jù)零件流道表面軸向弧面長度將流道表面沿軸向方向均分成4部分，每一部分軸向弧面長度相等，將噴涂點位設(shè)定在每部分的邊界處。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，噴涂點位為a、b、c、d、e，噴涂時機器人夾持噴行進，依次經(jīng)過a、b、c、d、e點位，實現(xiàn)連續(xù)噴涂，噴由a點行進至e點，再返回a點為一個噴涂循環(huán)；a點和e點的噴涂角度為60
°
，b點和d點的噴涂角度為75
°
，c點的噴涂角度為90
°
，噴涂角度指的是噴與點位所在面的角度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，ab段與de段的噴移動速度為20mm/s，bc段和cd段的噴移動速度為30mm/s。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5中，第二預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括：送粉量為25％；氬氣壓力為100
±
5psi；氬氣流量為80～100scfh；輔氣壓力為50
±
5psi；輔氣流量為5～15scfh；送粉氣壓力為50
±
5bar；送粉氣流量為8～12；電流為500
±
5a；電壓為75
±
5v；第一階段噴涂距離為200
±
10mm；第二階段噴涂距離為180
±
10mm；涂層最終厚度為0.1mm～0.2mm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6中，第三預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括：送粉量為25％；氬氣壓力為75
±
5psi；氬氣流量為80～100scfh；輔氣壓力為50
±
5psi；輔氣流量為5～15scfh；送粉氣壓力為2.4
±
0.2bar；送粉氣流量為5～6；電流為550
±
5a；電壓為65
±
5v；第一階段噴涂距離為100
±
10mm；第二階段噴涂距離為90
±
10mm；涂層最終厚度為0.2mm～0.4mm。
技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N復(fù)雜型面熱障涂層的制備方法，屬于熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，該方法先對零件表面進行清洗并對非噴涂部位進行防護；再對零件噴涂流道面進行吹砂粗化處理，使其成為均勻無金屬光澤的粗糙表面；然后冷卻零件；接著按照預(yù)設(shè)的噴涂點位，采用第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)對零件流道表面進行噴涂，該第一預(yù)設(shè)噴涂參數(shù)包括各點位之間的噴移動速度，以及各點位的噴涂角度；之后在吹砂表面噴涂i22Cr10Al1.0Y底層；最后在底層表面噴涂ZrO28Y2O3面層。通過該方法可使氧化鋯涂層的孔隙率控制在3％以下，未熔化顆粒不大于15％，涂層可以耐1100℃熱震不小于20次，力學(xué)性能達到10MPa以上。力學(xué)性能達到10MPa以上。力學(xué)性能達到10MPa以上。
