CN105419409A

CN105419409A - 一种抗高温燃气冲刷涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105419409A
Application number: CN201510819649.0A
Authority: CN
Inventors: 刘莉; 滕志强; 孙士江; 李庆春; 朱立新
Original assignee: Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Current assignee: Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2016-03-23

Abstract

本发明涉及飞机引擎热端部件的表面防护涂料领域，具体为一种抗高温燃气冲刷涂料及其制备方法和应用，适用于热端部件抗高温氧化及抗燃气冲刷热腐蚀。涂料成分含量如下：氧化铝：20～24％，NiCrAlY：3～10％，搪瓷釉：余量。将氧化铝粉、NiCrAlY粉和搪瓷釉按比例混合后，采用球磨方法充分混合。本发明通过在搪瓷中添加抗高温耐腐蚀的金属颗粒，降低涂层与基体K424合金的热膨胀系数差异，从而降低冷热循环过程中涂层承受的热应力，提高涂层的抗剥落性能，满足涂层抗剥落性能设计要求。将该涂料涂覆于零件表面获得的涂层，具有热震、弯曲、抗燃气热腐蚀、抗氧化性能，达到对热端部件的防护要求，应用于飞机引擎上。

Description

一种抗高温燃气冲刷涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及飞机引擎热端部件的表面防护涂料领域，具体为一种抗高温燃气冲刷涂料及其制备方法和应用，适用于热端部件抗高温氧化及抗燃气冲刷热腐蚀。

背景技术

K424合金是高铝钛低密度型镍基铸造高温合金，具有较高的高温强度、塑性和良好的工艺性，固溶处理温度为1210℃，是飞机引擎热端部件使用的重要结构材料。某飞机引擎收扩喷口部位K424制造的零部件，使用工作温度为800℃～900℃，受燃气冲刷。由于合金材料中含铬量较低，抗氧化性能较差；又零部件长期处于高温工作状态，其抗氧化、抗燃气热腐蚀的能力差，零部件的质量直接影响飞机引擎的可靠性和使用寿命。

目前，航机对K424材料调节片等零件，采用的防腐措施是在其表面喷涂W-2高温陶瓷涂料。但K424材料及W-2高温陶瓷涂层在海洋环境高湿热、高盐雾条件下的抗高温氧化和腐蚀性能，还没有见到相关资料介绍。因此，急需研制出一种抗高温氧化、抗燃气冲刷的涂层材料，提高零部件的使用寿命和飞机引擎的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗高温燃气冲刷涂料及其制备方法和应用，解决K424镍基铸造高温合金热端部件长期处于高温工作状态，抗氧化、抗燃气热腐蚀的能力差的技术难题，提高零部件的使用寿命和飞机引擎的可靠性。

本发明的技术方案是：

一种抗高温燃气冲刷涂料，按质量百分比计，涂料成分含量如下：氧化铝：20～24％，NiCrAlY：3～10％，搪瓷釉：余量。

所述的抗高温燃气冲刷涂料的制备方法，将氧化铝粉、NiCrAlY粉和搪瓷釉按比例混合后，采用球磨方法充分混合。

所述的抗高温燃气冲刷涂料的制备方法，氧化铝粉颗粒平均直径小于20μm，NiCrAlY粉颗粒平均直径应小于10μm，搪瓷釉颗粒平均直径应小于10μm。

所述的抗高温燃气冲刷涂料的制备方法，按质量百分比计，NiCrAlY粉化学成分如下：Cr15～30，Al3～12，Y0.1～1.5，Ni余量。

所述的抗高温燃气冲刷涂料的应用，将该涂料涂覆于零件表面获得的涂层，具有热震、弯曲、抗燃气热腐蚀、抗氧化性能，达到对热端部件的防护要求，应用于飞机引擎上。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明研究出一种针对热端部件新型抗高温氧化及抗燃气冲刷热腐蚀涂料，该涂料通过在搪瓷中添加抗高温耐腐蚀的金属颗粒，降低涂层与基体K424合金的热膨胀系数差异，与基体结合力强，从而降低冷热循环过程中涂层承受的热应力，提高涂层的抗剥落性能，满足涂层抗剥落性能设计要求。

2、本发明采用特定的涂料成分含量及制备工艺，可满足K424合金防护要求，并可通过热震、弯曲、抗燃气热腐蚀、抗高温氧化等性能测试。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明抗高温燃气冲刷涂料及其制备方法如下：

(1)涂料成分含量及技术要求(质量百分比)：

氧化铝粉(Al₂O₃)：20～24％，颗粒平均直径应小于20μm，应采用1400℃以上煅烧的氧化铝粉末或刚玉粉末。

NiCrAlY粉(Al)：3～10％，纯度不小于99wt％，化学成分符合表1规定，颗粒平均直径应小于10μm。

搪瓷釉：余量，颗粒平均直径应小于10μm。

其中，NiCrAlY粉化学成分和比例见表1。

表1NiCrAlY粉化学成分(质量百分数)

元素	Cr	Al	Y	Ni
					含量	15～30	3～12	0.1～1.5	余量

(2)制备方法

按(1)中材料成分和比例混合后，采用球磨方法充分混合，球磨方法和步骤如下：

①球磨罐和球材料应采用优质玛瑙或刚玉。

②将原料固体物放入球磨罐中，其体积不应超过罐总体积的1/3。

③将体积为固体材料体积1/2的无水酒精加入球磨罐中，用玻璃棒搅拌使原料固体物湿润呈稀泥状。

④将玛瑙球放入球磨罐内，选择适当的球数量和大小，球可覆盖球磨罐侧壁，并根据表2规定确定球的数量。

⑤密封球磨罐。

表2原料球磨的球选择方法

下面，通过实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

按质量百分比计，抗高温燃气冲刷涂料的组成如下：

氧化铝粉(Al₂O₃)：20％，颗粒平均直径8μm；

NiCrAlY粉(Al)：5％，各组分含量见表1，颗粒平均直径7μm。

搪瓷釉：75％，颗粒平均直径7.5μm。

其中，NiCrAlY粉化学成分和比例见表1。

表1NiCrAlY粉化学成分(质量百分数)

元素	Cr	Al	Y	Ni
					含量	20％	8％	0.5％	71.5％

采用以上材料配比和制备方法研制的涂料，涂覆于零件表面，通过热震、弯曲、抗燃气热腐蚀、抗氧化等各项性能测试，达到对热端部件的防护要求，成功应用于飞机引擎上。

按上述成分和配比配制涂料喷涂的涂层的各项性能满足设计标准要求，具体测试结果如下：

(1)热震性能：在1050℃下水冷，热震寿命不小于6次。

(2)弯曲性能：弯曲角大于30°。

(3)抗燃气热腐蚀性能：在900℃下燃气热腐蚀速率不大于1.0g/m².h，表面完好无剥落。

(4)抗盐雾腐蚀性能：35℃，1000h后，搪瓷涂层不允许出现起泡、起皮、脱落现象等，允许变色。

实施例2：

按质量百分比计，抗高温燃气冲刷涂料的组成如下：

氧化铝粉(Al₂O₃)：23％，颗粒平均直径9μm；

NiCrAlY粉(Al)：7％，各组分含量见表1，颗粒平均直径8μm。

搪瓷釉：70％，颗粒平均直径6μm。

其中，NiCrAlY粉化学成分和比例见表1。

表1NiCrAlY粉化学成分(质量百分数)

元素	Cr	Al	Y	Ni
					含量	25％	5％	0.8％	69.2％

(1)热震性能：在1050℃下水冷，热震寿命不小于6次。

(2)弯曲性能：弯曲角大于30°。

实施例结果表明，采用本发明获得的涂层进行各项性能指标测试，该涂层具备优良的抗高温氧化、抗燃气热腐蚀、抗热震、抗弯曲性能，可应用于收扩喷口热端部件上，并通过长期试车考核，带涂层的零部件使用寿命提高3倍。该涂层材料制备工艺简单，烧结温度低，操作方便，可推广到其他热端部件的防护上。飞机引擎单台需防护的零件共234件，平均每个零件价值1万元，单台创造的新增产值234万。

Claims

1.一种抗高温燃气冲刷涂料，其特征在于，按质量百分比计，涂料成分含量如下：氧化铝：20～24％，NiCrAlY：3～10％，搪瓷釉：余量。

2.一种权利要求1所述的抗高温燃气冲刷涂料的制备方法，其特征在于，将氧化铝粉、NiCrAlY粉和搪瓷釉按比例混合后，采用球磨方法充分混合。

3.按照权利要求2所述的抗高温燃气冲刷涂料的制备方法，其特征在于，氧化铝粉颗粒平均直径小于20μm，NiCrAlY粉颗粒平均直径应小于10μm，搪瓷釉颗粒平均直径应小于10μm。

4.按照权利要求2或3所述的抗高温燃气冲刷涂料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，NiCrAlY粉化学成分如下：Cr15～30，Al3～12，Y0.1～1.5，Ni余量。

5.一种权利要求1所述的抗高温燃气冲刷涂料的应用，其特征在于，将该涂料涂覆于零件表面获得的涂层，具有热震、弯曲、抗燃气热腐蚀、抗氧化性能，达到对热端部件的防护要求，应用于飞机引擎上。