CN103572192B - 一种在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法，属于材料技术领域，按以下步骤进行：（1）将MgO和Al2O3混合球磨制成混合粉末，筛选60~80目的部分，干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；（2）采用旋转机械薄壳构件作为基体，将油污和杂质去除，置于大气等离子喷涂机的工作台上；（3）启动大气等离子喷涂机，向喷枪内通入氩气和氢气，开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体；（4）通过送粉装置送粉并开始喷涂，在基体上喷涂形成陶瓷阻尼涂层。本发明适用于提高旋转机械薄壳构件的阻尼能力，改善零件的动态特性，降低振动损伤故障发生的可能性。

Description

一种在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法。
背景技术
目前，针对叶片、筒等薄壳构件所采用的涂层技术多是用于实现热障、耐磨、耐蚀等功能。但随着旋转机械功率的不断提高以及工作条件越来越严酷，振动问题就越来越突出。特别是各类叶片由振动引起的疲劳故障成为亟待解决的重要技术难题。传统的构件材料已经无法满足使用要求，因此只有通过采取其它合理的被动减振方法来降低振动水平，而涂层阻尼作为界面阻尼的一种主要方法是必然的选择。
现有在零部件上施加阻尼涂层的技术多是通过粘贴和涂刷橡胶等粘弹性材料来实现的。这类涂层或涂料多是一些具有粘弹性的有机高分子聚合物，在常温、低速的普通工况下具有良好的减振效果。但由于这些材料具有环境稳定性差，使用温度范围窄，强度低，易老化、开裂和剥落等缺点限制了其应用范围。因此难以在诸如航空发动机叶片等这类工况复杂恶劣的零部件上进行应用。同时这类材料也存在着有毒、易燃、污染环境等缺点。然而某些无机材料在具有足够的强度和韧性的同时，还具有不依赖振幅或频率的特点，相对于有机材料来说较少地依赖于温度，并具有较高的内禀阻尼特性因此相比传统有机阻尼涂层材料具有更广阔的应用前景。将某些陶瓷涂层在特定工艺方法和条件下涂覆于旋转机械薄壳构件表面，涂层的内摩擦和其它微观机制诸如微观裂纹的演变等均可提供能量耗散的机制，从而降低振动水平，降低振动损伤故障发生的可能性。但目前为止，在旋转机械的叶片表面涂覆陶瓷涂层从而降低叶片振动应力的方法未见报道。
发明内容
针对现有旋转机械薄壳构件施加阻尼涂层技术存在的上述问题，本发明提供一种在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法，通过大气等离子法在旋转机械薄壳构件沉积制备陶瓷涂层，使旋转机械薄壳构件具有良好的抗震能力，降低旋转机械薄壳构件工作时的振动水平。
本发明的在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法按以下步骤进行：
1、将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:（2~4）混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
2、采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
3、启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为40~45scm，氢气的流量为12.5~14.5scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至35~45kw；
4、开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为10~20g/min，在基体上喷涂形成陶瓷阻尼涂层。
上述方法中，喷涂时控制喷枪与基体的距离在60~80mm。
上述的陶瓷阻尼涂层的厚度为50~80μm。
本发明的方法制备的陶瓷阻尼涂层具有良好的结合力，阻尼适用温度范围宽，涂覆后基体的阻尼因子提高35~40%，可以增强旋转机械薄壳构件的抗振能力，有效地降低叶片振动水平；同时所采用的大气等离子喷涂方法为目前航空发动机涂层制备的主要手段，不存在生产制备上无法逾越的技术障碍；另外涂层所选用材料十分普遍，采购方便，不受原材料供应方面的限制。本发明适用于提高旋转机械薄壳构件的阻尼能力，改善零件的动态特性，降低振动损伤故障发生的可能性。
附图说明
图1为本发明实施例中的喷涂方法示意图；
图2为本发明实施例中的陶瓷阻尼涂层和基体的结构示意图；
图中，1、基体，2、陶瓷阻尼涂层，3、喷枪，4、放电室，5、进气通道，6、送粉通道，7、等离子体。
具体实施方式
本发明实施例中采用的大气等离子喷涂机的型号为APS2000。
本发明实施例中采用的MgO和Al2O3为工业产品，重量纯度≥99%。
本发明实施例中采用的氩气和氢气纯度≥99%。
本发明实施例中将基体表面的油污和杂质去除是指采用常规方法进行喷砂，去除表面的锈蚀和杂质，然后置于无水乙醇、丙酮或去离子水中，对基体施加超声波进行清洗，控制超声波的频率为35~55Hz，清洗时间为10~20min，采用的超声波清洗机，型号为KQ-250B；最后用吹风机吹干完成预处理。
本发明实施例中选用的旋转机械薄壳构件为发动机转子叶片。
本发明实施例中的基体喷涂形成陶瓷阻尼涂层后，依据ASTMD738标准的弯曲测试规范，采用Q800型动态机械分析仪在室温下进行阻尼性能测试，阻尼性能（Q-1）提高35~40%。
实施例1
将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:2混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为40scm，氢气的流量为12.5scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至35kw；
开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为10g/min，喷枪与基体的距离在60mm，在基体上喷涂至陶瓷阻尼涂层的厚度为50μm；喷涂后基体的阻尼因子提高40%。
实施例2
将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:3混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为41scm，氢气的流量为13scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至40kw；
开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为15g/min，喷枪与基体的距离在70mm，在基体上喷涂至陶瓷阻尼涂层的厚度为60μm；喷涂后基体的阻尼因子提高40%。
实施例3
将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:4混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为42scm，氢气的流量为13.5scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至45kw；
开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为20g/min，喷枪与基体的距离在80mm，在基体上喷涂至陶瓷阻尼涂层的厚度为70μm；喷涂后基体的阻尼因子提高39%。
实施例4
将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:2.5混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为43scm，氢气的流量为14scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至40kw；
开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为18g/min，喷枪与基体的距离在65mm，在基体上喷涂至陶瓷阻尼涂层的厚度为80μm；喷涂后基体的阻尼因子提高38%。
实施例5
将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:3.5混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为45scm，氢气的流量为14.5scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至45kw；
开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为12g/min，喷枪与基体的距离在75mm，在基体上喷涂至陶瓷阻尼涂层的厚度为55μm；喷涂后基体的阻尼因子提高35%。

Claims (1)

1.一种在旋转机械薄壳构件表面制备陶瓷阻尼涂层的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将MgO和Al2O3按重量比为MgO:Al2O3=1:（2~4）混合，球磨制成混合粉末，筛选出粒度在60~80目的部分，再干燥去除水分，制成陶瓷涂层材料；然后装入大气等离子喷涂机的送粉装置中；
（2）采用旋转机械薄壳构件作为基体，将基体表面的油污和杂质去除，然后置于大气等离子喷涂机的工作台上；
（3）启动大气等离子喷涂机，向大气等离子喷涂机的喷枪内通入氩气和氢气，控制氩气的流量为40~45scm，氢气的流量为12.5~14.5scm，流量稳定后开启大气等离子喷涂机的电源，起辉产生等离子体，调节功率至35~45kw；
（4）开启送粉装置向基体喷涂陶瓷涂层材料，控制陶瓷涂层材料的送粉量为10~20g/min，在基体上喷涂形成陶瓷阻尼涂层；喷涂时控制喷枪与基体的距离在60~80mm；所述的陶瓷阻尼涂层的厚度50~80μm；所述的旋转机械薄壳构件为发动机转子叶片。
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