CN107904546A - 一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括：零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理；其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％。采用该方法制备的热障涂层可以满足航空发动机、燃气轮机、内燃机的热端部件的使用需求，提高热端部件的工作温度和使用寿命。

Description

一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法
技术领域
本发明属于航空发动机制造技术，特别提供一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法。
背景技术
随着航空发动机推重比的提高，航空发动机热端部件需要承受的温度也越来越高，使其容易被烧蚀或发生变形失效。航空发动机高压涡轮导向叶片、高压涡轮工作叶片、低压涡轮导向叶片、低压涡轮工作叶片等热端部件需要采用热障涂层来进行保护才能正常工作。目前广泛使用氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末(ZrO2·Y2O3)，由于粉末原材料中通常含有单斜相ZrO2和杂质(Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等)，在一定温度下单斜相ZrO2会发生相变并伴随着体积的变化，影响涂层的使用寿命。
本发明针对一种高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末(单斜相ZrO2质量分数小于0.5％、杂质Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2质量分数小于0.05％)开发一种等离子制备热障涂层的方法。通过该方法可以制备性能优异的高纯氧化钇稳定氧化锆热障涂层，由于粉末原材料中单斜相ZrO2含量低、杂质Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2含量少，制备的热障涂层结构均匀、组织稳定，不仅可使金属热端部件承受较高的使用温度，还具备更长的使用寿命，同时可以作为燃气轮机和高性能的内燃机的热端部件的热障涂层，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，采用该方法制备的热障涂层可以满足航空发动机、燃气轮机、内燃机的热端部件的使用需求，提高热端部件的工作温度和使用寿命。
本发明技术方案如下：
一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括：零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理；
其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％，所述杂质为Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等之一种或多种。本发明选用高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末制备的涂层，其显微组织、拉伸结合强度、弯曲性能、抗热震性能均满足航空发动机的使用需求。
作为优选的技术方案，所述粉末的粒度组成如下：直径-90～+37μm范围内的粉末颗粒质量分数大于99％，直径+90μm的粉末颗粒质量分数为0，直径-37μm的粉末颗粒质量分数小于1％。
本发明所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：
喷涂涂层前，需对零件进行除油处理，零件除油采用丙酮或者汽油浸洗。随后进行零件吹砂前保护，采用工装或者保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护。本发明需对等离子喷涂的粉末进行烘干处理，烘干温度为70-90℃，烘干时间为50min-70min。之后进行零件吹砂，活化和粗化零件带喷涂区域的表面，采用40目～80目氧化铝砂，吹砂压力在0.1MPa-0.3MPa。最后进行等离子喷涂，等离子喷涂参数为：电流550A-750A，氩气流量为50L/min-70L/min，氢气流量为5L/min-10L/min，送粉速率为30g/min-50g/min，喷涂距离为90mm-120mm，喷涂角度为75°-90°。喷涂结束后，去除保护胶带或者拆卸保护工装。
采用本发明所述方法制备的热障涂层具有较高的拉伸结合强度和耐冲蚀能力，并且由于粉末纯度较高，其涂层组织更为稳定，具有更高的使用寿命。可广泛应用于航空发动机、燃气轮机、内燃机的热端部件，使其工作温度可以达到1100℃，提高发动机推重比和零件使用寿命。一级涡轮叶片表面涂上该陶瓷热障涂层后，可使冷却空气流量减少50％，比油耗减少1～2％，叶片寿命提高数倍。
具体实施方式
本发明实施例中均采用高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2等杂质质量分数小于0.05％。所述粉末的粒度组成如下：直径-90～+37μm范围内的粉末颗粒质量分数大于99％，直径+90μm的粉末颗粒质量分数为0，直径-37μm的粉末颗粒质量分数小于1％。
实施例1
一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，具体工艺步骤如下：
步骤1：对零件或试样进行除油处理，采用丙酮擦拭零件喷涂区域，去除油污和杂物；
步骤2：对零件或试样不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护；
步骤3：对高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行烘干处理，烘干温度为70℃，烘干时间为60min；
步骤4：对零件或试样喷涂区域进行吹砂，采用40目氧化铝砂，吹砂压力为0.2MPa；
步骤5：对零件或试样需要喷涂区域进行等离子喷涂高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，具体参数为电流650A，氩气流量为55L/min，氢气流量为5L/Min，送粉速率为40g/min，喷涂距离为90mm，喷涂角度为90°；
步骤6：喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件或试样表面的污物。
实施例2
步骤1：对零件或试样进行除油处理，采用丙酮擦拭零件或试样喷涂区域，去除油污和杂物；
步骤2：对零件或试样不需要喷涂修复的部位进行吹砂前保护，采用保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护；
步骤3：对高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行烘干处理，烘干温度为90℃，烘干时间为50min；
步骤4：对零件喷涂区域进行吹砂，采用60目氧化铝砂，吹砂压力为0.25MPa，；
步骤5：对零件或试样需要喷涂区域进行进行等离子喷涂高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，具体参数为电流600A，氩气流量为60L/min，氢气流量为8L/Min，送粉速率为45g/min，喷涂距离为100mm，喷涂角度为90°；
步骤6：喷涂结束后，去除非修复区域的保护胶带，清理零件或试样表面的污物。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法在航空发动机热端部件上制备热障涂层，该工艺流程包括零件除油、吹砂前保护、粉末烘干、零件吹砂、等离子喷涂、清理，其中，等离子喷涂过程中采用的粉末为高纯氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末，该粉末中单斜相ZrO2质量分数小于0.5％，杂质质量分数小于0.05％。
2.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：所述杂质为Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2之一种或多种。
3.按照权利要求1或2所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于，所述粉末的粒度组成如下：直径-90～+37μm范围内的粉末颗粒质量分数大于99％，直径+90μm的粉末颗粒质量分数为0，直径-37μm的粉末颗粒质量分数小于1％。
4.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：零件除油采用丙酮或者汽油浸洗。
5.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：吹砂前保护采用工装或者保护胶带对零件或试样非喷涂区域进行保护。
6.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：粉末烘干处理的烘干温度为70-90℃，烘干时间为50min-70min。
7.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于：零件吹砂采用40目～80目氧化铝砂，吹砂压力在0.1MPa-0.3MPa。
8.按照权利要求1所述航空发动机热端部件热障涂层的制备方法，其特征在于，等离子喷涂参数为：电流550A-750A，氩气流量为50L/min-70L/min，氢气流量为5L/min-10L/min，送粉速率为30g/min-50g/min，喷涂距离为90mm-120mm，喷涂角度为75°-90°。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109266997A (zh) * 2018-10-30 2019-01-25 广东技术师范学院 一种适用于高温环境的金属工件双层涂层及其制作方法
CN113461442A (zh) * 2021-07-22 2021-10-01 北京航空航天大学 一种提高热障涂层抗cmas的方法和一种抗cmas的工件
CN114134446A (zh) * 2021-11-14 2022-03-04 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种fgh96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1966461A (zh) * 2006-11-24 2007-05-23 北京航空航天大学 稀土改性的钡钐钛复合氧化物热障涂层陶瓷层材料及其制备方法
CN101234892A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 北京航空航天大学 一种采用共沉淀法制备镧铝酸钛陶瓷材料的方法
CN101234903A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 北京航空航天大学 一种采用溶胶凝胶法制备镧铝酸钛陶瓷材料的方法
CN102765935A (zh) * 2011-05-05 2012-11-07 中国农业机械化科学研究院 氧化钇稳定氧化锆粉末及其制备方法以及所形成的涂层
CN106498335A (zh) * 2016-11-22 2017-03-15 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种热端部件火焰筒用高温涂层的制备工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1966461A (zh) * 2006-11-24 2007-05-23 北京航空航天大学 稀土改性的钡钐钛复合氧化物热障涂层陶瓷层材料及其制备方法
CN101234892A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 北京航空航天大学 一种采用共沉淀法制备镧铝酸钛陶瓷材料的方法
CN101234903A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 北京航空航天大学 一种采用溶胶凝胶法制备镧铝酸钛陶瓷材料的方法
CN102765935A (zh) * 2011-05-05 2012-11-07 中国农业机械化科学研究院 氧化钇稳定氧化锆粉末及其制备方法以及所形成的涂层
CN106498335A (zh) * 2016-11-22 2017-03-15 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种热端部件火焰筒用高温涂层的制备工艺

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109266997A (zh) * 2018-10-30 2019-01-25 广东技术师范学院 一种适用于高温环境的金属工件双层涂层及其制作方法
CN113461442A (zh) * 2021-07-22 2021-10-01 北京航空航天大学 一种提高热障涂层抗cmas的方法和一种抗cmas的工件
CN113461442B (zh) * 2021-07-22 2022-04-15 北京航空航天大学 一种提高热障涂层抗cmas的方法和一种抗cmas的工件
CN114134446A (zh) * 2021-11-14 2022-03-04 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种fgh96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法
CN114134446B (zh) * 2021-11-14 2023-10-20 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种fgh96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法

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