CN109338284B - 渗铝防护涂料及其制备方法和应用方法 - Google Patents

渗铝防护涂料及其制备方法和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种渗铝防护涂料及其制备方法和应用方法；该涂料包括第一防护涂料、第二防护涂料和任选的预防护涂料；预防护涂料包括预混合粉末和第一粘结剂；第一防护涂料包括第一混合粉末和第一粘结剂；第二防护涂料包括第二混合粉末和第二粘结剂；预混合粉末和第一粘结剂重量比为1:1‑3；第一混合粉末和第一粘结剂重量比为1:1‑3；第二混合粉末和第二粘结剂重量比为10:1‑6。本发明的防护涂料承受的渗铝温度区间大，去除方便，不残留，且对基体没有损伤，对渗铝气氛没有影响。

Description

渗铝防护涂料及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明属于化学热处理领域，更具体地，涉及一种渗铝防护涂料及其制备方法和应用方法。
背景技术
随着现代航空工业的发展，对燃气轮机叶片工作的温度要求也越来越高。为满足燃气涡轮高温、高转速、强腐蚀环境下的使用需求，燃气涡轮叶片广泛采取渗铝处理。经过渗铝处理的零件表面，在高温空气循环氧化后，形成均匀致密的三氧化二铝氧化膜，能够有效阻止氧向基体扩散。
渗铝是将工件放入到含有铝气氛的工装中加热扩散，在零件表面形成渗铝层的方法。气相渗铝能在复杂外形零件上形成高质量且均匀的渗铝层，是目前最先进的渗铝方法。然而燃气轮机叶片的榫头是承受高应力部位，榫齿渗铝后会带来缺口敏感，容易产生裂纹，因此榫头部位不能渗铝，渗铝处理叶片时需要保护榫头部位。如果采用余量保护的方法，在叶片毛坯状态渗铝然后进行榫头加工,叶身渗层很容易碰伤，合格率低，因此国际上普遍采用先加工榫头后渗铝的方法。
合格的榫头防护方法必须要满足几个条件：(1)渗铝防护效果必须保证防护部分没有涂层；(2)防护涂料容易清理，榫头表面没有残留防护涂料；(3)不能污染榫头的基体材料；(4)不能污染渗铝剂；(5)工艺简单且成本低。目前，气相渗铝时，燃气轮机叶片的榫头保护的方法主要有：(1)采用陶瓷性粉末配制成料浆，涂覆在榫头部位进行防护。该方法方便可行，但是要达到有效的防渗效果必须涂覆十多层。(2)使用高温合金保护套或陶瓷保护套进行防护。采用保护套夹持榫头，操作简单，但是因为保护套需要反复加热，会产生变形、零件尺寸公差、热应力等问题，密封性很难保证，且保护套体积较大，影响渗铝时的装炉量和实际装炉操作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，本发明提供一种防止在工件表面渗铝的涂料及其使用方法，能够提高燃气轮机叶片气相渗铝时榫头的防护效果。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种渗铝防护涂料，该涂料包括：第一防护涂料、第二防护涂料和任选的预防护涂料；
所述预防护涂料包括预混合粉末和第一粘结剂；其中，以所述预混合粉末的总重量计，所述预混合粉末包括：细粒径三氧化铝20-50wt％，粗粒径三氧化铝50-80wt％；
所述第一防护涂料包括：第一混合粉末和第一粘结剂；其中，以所述第一混合粉末的总重量计，所述第一混合粉末包括：细粒径三氧化铝20-40wt％，金属镍2-8wt％，粗粒径三氧化铝52-78wt％；
所述第二防护涂料包括：第二混合粉末和第二粘结剂；其中，以所述第二混合粉末的总重量计，所述第二混合粉末包括：粗粒径三氧化铝50-70wt％，金属镍4-10wt％，三氧化二铬20-46wt％；
其中，以所述第一粘结剂的总重量计，所述第一粘结剂包括：聚乙烯醇20-40wt％，白乳胶10-20wt％，硬脂酸钠10-20wt％，其余为滑石粉；所述第二粘结剂为浓度为30-50wt％二氧化硅溶胶；
所述预混合粉末和第一粘结剂的重量比为1:1-3；所述第一混合粉末和第一粘结剂的重量比为1:1-3；所述第二混合粉末和第二粘结剂的重量比为10:1-6；
所述细粒径为2000-4000目；所述粗粒径为200-1000目。
本发明的第二方面提供一种上述渗铝防护涂料的制备方法，该制备方法包括：
将第一混合粉末和第二混合粉末的各组分混合均匀，分别得到所述第一混合粉末和第二混合粉末；
将第一粘结剂和第二粘结剂的各组分混合均匀，分别得到所述第一粘结剂和第二粘结剂；
将所述第一混合粉末和所述第一粘结剂混合均匀，得到第一防护涂料；
将所述第二混合粉末和所述第二粘结剂混合均匀，得到第二防护涂料；
该方法还任选的包括：
将预混合粉末的各组分混合均匀，得到所述预混合粉末，将所述预混合粉末和所述第一粘结剂混合均匀，得到预防护涂料。
本发明的第三方面提供一种上述渗铝防护涂料的应用方法，该应用方法包括以下两种方法之一：
在经过清洗处理后的工件的需要防护部位均匀涂覆预防护涂料；干燥后再在其上涂覆第一防护涂料；干燥后再在其上涂覆第二防护涂料，干燥后即可进行渗铝操作；
在经过清洗处理后的工件的需要防护部位均匀涂覆第一防护涂料；干燥后再在其上涂覆第二防护涂料，干燥后即可进行渗铝操作。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明的防护涂料所能承受的渗铝温度区间大，去除防护涂料只需用胶锤轻轻敲掉即可，不会残留，且对基体没有损伤，对渗铝气氛没有影响，在渗铝过程中不会脱落造成漏渗，克服了现有技术的缺陷。
(2)本发明的防护涂料制备工艺简单，原材料常见，成本低，涂覆步骤简单便捷。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的实施例1处理的隼齿防护工件的检测后的照片。
图2示出了根据本发明的实施例1处理的隼齿防护截面金相照片。
图3示出了根据本发明的实施例2处理的隼齿防护工件的检测后的照片。
图4示出了根据本发明的实施例2处理的隼齿防护截面金相照片。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的第一方面提供一种渗铝防护涂料，该涂料包括：第一防护涂料、第二防护涂料和任选的预防护涂料；
所述预防护涂料包括预混合粉末和第一粘结剂；其中，以所述预混合粉末的总重量计，所述预混合粉末包括：细粒径三氧化铝20-50wt％，粗粒径三氧化铝50-80wt％；
所述第一防护涂料包括：第一混合粉末和第一粘结剂；其中，以所述第一混合粉末的总重量计，所述第一混合粉末包括：细粒径三氧化铝20-40wt％，金属镍2-8wt％，粗粒径三氧化铝52-78wt％；
所述第二防护涂料包括：第二混合粉末和第二粘结剂；其中，以所述第二混合粉末的总重量计，所述第二混合粉末包括：粗粒径三氧化铝50-70wt％，金属镍4-10wt％，三氧化二铬20-46wt％；
其中，以所述第一粘结剂的总重量计，所述第一粘结剂包括：聚乙烯醇20-40wt％，白乳胶10-20wt％，硬脂酸钠10-20wt％，其余为滑石粉；所述第二粘结剂为浓度为30-50wt％二氧化硅溶胶；
所述预混合粉末和第一粘结剂的重量比为1:1-3，优选为2:3-4；所述第一混合粉末和第一粘结剂的重量比为1:1-3，优选为2:3-4；所述第二混合粉末和第二粘结剂的重量比为10:1-6，优选为10:3-4；
所述细粒径为2000-4000目；所述粗粒径为200-1000目，优选为200-500目。
根据本发明，优选地，当不含有所述预防护涂料时，所述第一防护涂料和第二防护涂料的质量比为1：1.5-3；
当含有所述预防护涂料时，所述预防护涂料，第一防护涂料和第二防护涂料的质量比为1：2-3：1.5-2。
本发明的第二方面提供一种上述渗铝防护涂料的制备方法，该制备方法包括：
将第一混合粉末和第二混合粉末的各组分混合均匀，分别得到所述第一混合粉末和第二混合粉末；
将第一粘结剂和第二粘结剂的各组分混合均匀，分别得到所述第一粘结剂和第二粘结剂；
将所述第一混合粉末和所述第一粘结剂混合均匀，得到第一防护涂料；
将所述第二混合粉末和所述第二粘结剂混合均匀，得到第二防护涂料；
该方法还任选的包括：
将预混合粉末的各组分混合均匀，得到所述预混合粉末，将所述预混合粉末和所述第一粘结剂混合均匀，得到预防护涂料。
根据本发明，优选地，所述预混合粉末、第一混合粉末和第二混合粉末的制备采用球磨混合；混合时间分别为1-2h。
本发明的第三方面提供一种上述渗铝防护涂料的应用方法，该应用方法包括以下两种方法之一：
在经过清洗处理后的工件的需要防护部位均匀涂覆预防护涂料；干燥后再在其上涂覆第一防护涂料；干燥后再在其上涂覆第二防护涂料，干燥后即可进行渗铝操作；
在经过清洗处理后的工件的需要防护部位均匀涂覆第一防护涂料；干燥后再在其上涂覆第二防护涂料，干燥后即可进行渗铝操作。
本发明中，涂覆防护涂料前的清洗处理优选为将工件放入清洗液中进行超声清洗、除油，然后进行干燥。
根据本发明，优选地，所述预防护涂料、第一防护涂料和第二防护涂料的涂覆厚度均为1-5mm。进一步优选为所述预防护涂料的涂覆厚度为1-3mm；所述第一防护涂料的涂覆厚度为3-5mm；所述第二防护涂料的涂覆厚度为2-3mm。
根据本发明，优选地，所述渗铝操作的工艺温度为700-1085℃，进一步优选为900-1085℃。
本发明中，作为一种优选方式：所述渗铝操作完成后，用胶锤去除防护涂料，清洗后干燥。
以下通过实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种渗铝防护涂料，具体制备方法如下：
先分别制备预混合粉末、第一混合粉末和第二混合粉末以及第一粘结剂和第二粘结剂；
以所述预混合粉末的总重量计，所述预混合粉末包括：3000目三氧化铝35wt％，320目三氧化铝65wt％；将各组分混合球磨1小时，得预混合粉末；以所述第一混合粉末的总重量计，所述第一混合粉末包括：3000目三氧化铝40wt％，金属镍2wt％，320目三氧化铝58wt％；将各组分混合球磨2小时，得第一混合粉末；以所述第二混合粉末的总重量计，所述第二混合粉末包括：320目三氧化铝70wt％，金属镍4wt％，三氧化二铬26wt％；将各组分混合球磨2小时，得第二混合粉末；
以所述第一粘结剂的总重量计，所述第一粘结剂包括：聚乙烯醇40wt％，白乳胶10wt％，硬脂酸钠20wt％，其余为滑石粉；将聚乙烯醇、白乳胶、硬脂酸钠和滑石粉混合搅拌均匀，即得到第一粘接剂；以所述第二粘结剂的总重量计，所述第二粘结剂包括：二氧化硅溶胶50wt％，其余为水；将二氧化硅溶胶和水混合搅拌均匀，即得到第二粘接剂；
将预混合粉末与第一粘结剂按重量比2:3混合搅拌均匀，得预防护涂料；将第一混合粉末与第一粘结剂按重量比2:3混合搅拌均匀，得第一防护涂料；将第二混合粉末与第二粘结剂按重量比10:3混合搅拌均匀，得第二防护涂料。
首先，将中涡转叶(叶片材质为MMar002)在清洗液中超声清洗20分钟，60℃除油2分钟，100℃干燥10分钟；然后，将预防护涂料用软毛细刷均匀涂覆在零件的榫头部位，涂覆层的厚度为2.0mm，放入干燥箱进行70℃干燥，时间为25分钟；待预防护涂料干燥后，再将第一防护涂料用软毛细刷均匀涂覆在零件榫头部位，涂覆层的厚度为3.0mm，放入干燥箱进行70℃干燥，时间为25分钟；待第一防护涂料干燥后，再将第二防护涂料用软毛细刷均匀涂覆在零件的榫头部位，涂覆层的厚度为2mm，放入干燥箱进行50℃干燥，时间为25分钟；干燥完成后将零件放入含有渗铝气氛的工装中，再将工装放入化学气相沉积炉进行渗铝操作，温度升到1040℃，并在1040℃下保温3h，取出零件；最后用胶锤敲掉防护涂料，并用清水清洗。
实施例2
本实施例提供一种渗铝防护涂料，具体制备方法如下：
先分别制备第一混合粉末和第二混合粉末以及第一粘结剂和第二粘结剂；
以所述第一混合粉末的总重量计，所述第一混合粉末包括：3000目三氧化铝20wt％，金属镍3wt％，320目三氧化铝77wt％；将各组分混合球磨2小时，得第一混合粉末；以所述第二混合粉末的总重量计，所述第二混合粉末包括：320目三氧化铝55wt％，金属镍5wt％，三氧化二铬40wt％；将各组分混合球磨2小时，得第二混合粉末；
以所述第一粘结剂的总重量计，所述第一粘结剂包括：聚乙烯醇30wt％，白乳胶15wt％，硬脂酸钠15wt％，其余为滑石粉；将聚乙烯醇、白乳胶、硬脂酸钠和滑石粉混合搅拌均匀，即得到第一粘接剂；以所述第二粘结剂的总重量计，所述第二粘结剂包括：二氧化硅溶胶30wt％，其余为水；将二氧化硅溶胶和水混合搅拌均匀，即得到第二粘接剂；
将第一混合粉末与第一粘结剂按重量比2:4混合搅拌均匀，得第一防护涂料；将第二混合粉末与第二粘结剂按重量比10:4混合搅拌均匀，得第二防护涂料。
首先，将高涡转叶(叶片材质为MMar002)在清洗液中超声清洗15分钟，50℃除油3分钟，90℃干燥15分钟；然后，将第一防护涂料用软毛细刷均匀涂覆在零件榫头部位，涂覆层的厚度为5.0mm，放入干燥箱进行80℃干燥，时间为35分钟；待第一防护涂料干燥后，再将第二防护涂料用软毛细刷均匀涂覆在零件的榫头部位，涂覆层的厚度为3mm，放入干燥箱进行55℃干燥，时间为20分钟；干燥完成后将零件放入含有渗铝气氛的工装中，再将工装放入化学气相沉积炉进行渗铝操作，温度升到1070℃，并在1070℃下保温2h，取出零件；最后用胶锤敲掉防护涂料，并用清水清洗。
测试例1
检测实施例1-2处理后的零件(隼齿)的榫头部位是否含有铝层，检测方法为将隼齿放入马弗炉中，600℃，保温30分钟，观察隼齿的颜色变化，如果发蓝色表示没有产生渗铝层，如果发金色表示有渗铝层。
如图1所示，零件的榫头部位发蓝色，表示榫头部位没有铝层存在，说明本发明的防护涂料具有很好的防护效果。
如图3所示，零件的榫头部位发蓝色，表示榫头部位没有铝层存在，说明本发明的防护涂料具有很好的防护效果。
测试例2
观察实施例1-2处理后的零件(隼齿)的榫头部位截面(防护截面)的金相效果，看榫头部位是否存在铝层。
如图2和图4所示，榫头部位(防护截面)金相照片中未看到铝层存在，说明本发明的防护涂料具有很好的防护效果。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种渗铝防护涂料，其特征在于，该涂料包括：第一防护涂料、第二防护涂料和任选的预防护涂料；
所述预防护涂料包括预混合粉末和第一粘结剂；其中，以所述预混合粉末的总重量计，所述预混合粉末包括：细粒径三氧化铝20-50wt％，粗粒径三氧化铝50-80wt％；
所述第一防护涂料包括：第一混合粉末和第一粘结剂；其中，以所述第一混合粉末的总重量计，所述第一混合粉末包括：细粒径三氧化铝20-40wt％，金属镍2-8wt％，粗粒径三氧化铝52-78wt％；
所述第二防护涂料包括：第二混合粉末和第二粘结剂；其中，以所述第二混合粉末的总重量计，所述第二混合粉末包括：粗粒径三氧化铝50-70wt％，金属镍4-10wt％，三氧化二铬20-46wt％；
其中，以所述第一粘结剂的总重量计，所述第一粘结剂包括：聚乙烯醇20-40wt％，白乳胶10-20wt％，硬脂酸钠10-20wt％，其余为滑石粉；所述第二粘结剂为浓度为30-50wt％二氧化硅溶胶；
所述预混合粉末和第一粘结剂的重量比为1:1-3；所述第一混合粉末和第一粘结剂的重量比为1:1-3；所述第二混合粉末和第二粘结剂的重量比为10:1-6；
所述细粒径为2000-4000目；所述粗粒径为200-1000目。
2.根据权利要求1所述的渗铝防护涂料，其中，所述粗粒径为200-500目。
3.根据权利要求1所述的渗铝防护涂料，其中，
当不含有所述预防护涂料时，所述第一防护涂料和第二防护涂料的质量比为1：1.5-3；
当含有所述预防护涂料时，所述预防护涂料，第一防护涂料和第二防护涂料的质量比为1：2-3：1.5-2。
4.权利要求1-3中任意一项所述的渗铝防护涂料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
将第一混合粉末和第二混合粉末的各组分混合均匀，分别得到所述第一混合粉末和第二混合粉末；
将第一粘结剂和第二粘结剂的各组分混合均匀，分别得到所述第一粘结剂和第二粘结剂；
将所述第一混合粉末和所述第一粘结剂混合均匀，得到第一防护涂料；
将所述第二混合粉末和所述第二粘结剂混合均匀，得到第二防护涂料；
该方法还任选的包括：
将预混合粉末的各组分混合均匀，得到所述预混合粉末，将所述预混合粉末和所述第一粘结剂混合均匀，得到预防护涂料。
5.权利要求4所述的渗铝防护涂料的制备方法，其中，所述预混合粉末、第一混合粉末和第二混合粉末的制备采用球磨混合；混合时间分别为1-2h。
6.权利要求1-3中任意一项所述的渗铝防护涂料的应用方法，其特征在于，该应用方法包括以下两种方法之一：
在经过清洗处理后的工件的需要防护部位均匀涂覆预防护涂料；干燥后再在其上涂覆第一防护涂料；干燥后再在其上涂覆第二防护涂料，干燥后即可进行渗铝操作；
在经过清洗处理后的工件的需要防护部位均匀涂覆第一防护涂料；干燥后再在其上涂覆第二防护涂料，干燥后即可进行渗铝操作。
7.权利要求6所述的渗铝防护涂料的应用方法，其中，所述预防护涂料、第一防护涂料和第二防护涂料的涂覆厚度均为1-5mm。
8.权利要求7所述的渗铝防护涂料的应用方法，其中，所述预防护涂料的涂覆厚度为1-3mm；所述第一防护涂料的涂覆厚度为3-5mm；所述第二防护涂料的涂覆厚度为2-3mm。
9.权利要求6所述的渗铝防护涂料的应用方法，其中，所述渗铝操作的工艺温度为700-1085℃。
10.权利要求6所述的渗铝防护涂料的应用方法，其中，所述渗铝操作完成后，用胶锤去除防护涂料，清洗后干燥。
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