CN110180764A - 轴流叶片的喷涂方法及轴流叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴流叶片的喷涂方法及轴流叶片，包括步骤：S101，在轴流叶片的叶片基体的表面喷涂第一防护涂层；S102，去除叶片基体的叶缘区的第一防护涂层，以使叶缘区的基体外露，外露的叶缘区与第一防护涂层之间形成过渡区，过渡区为去除叶缘区表面的第一防护涂层过程中形成的自叶缘区向第一防护涂层方向厚度逐渐增加的厚度渐变涂层；S103，对整个叶片基体的表面喷涂第二防护涂层。本发明的技术方案，提高了轴流叶片的气动性能，在轴流叶片的叶缘区受损时，使损伤区域与完好区域厚度梯度变化小，对气动性能影响小，且不易造成其他区域剥落。

Description

轴流叶片的喷涂方法及轴流叶片
技术领域
本发明涉及航空发动机的轴流压气机叶片技术领域，特别地，涉及一种轴流叶片的喷涂方法。本发明还涉及一种轴流叶片。
背景技术
在海洋环境下工作的发动机转静子叶片需面对高湿度、高盐量、腐蚀性强的恶劣环境，通常做法是对叶片喷涂合适的防护涂层，达到防湿热、盐雾和霉菌的要求。
如图1所示，现有的轴流压气机转子叶片为满足防湿热、盐雾和霉菌的要求，对多级转子叶片表面喷涂了防护涂层，并使防护防护涂层沿整个叶片表面均匀分布。由于整个叶片增加防护涂层后，叶片厚度增加，影响叶片的气动性能，尤其是对多级压气机来说，影响更为显著；并且在叶片前尾缘防护涂层受损后，受损部位与完好部位存在较大的厚度突变，涂层厚度越大对气动性能影响越大，不仅对轴流叶片气动性能影响大，还容易造成其他区域剥落。
发明内容
本发明提供了一种轴流叶片的喷涂方法，以解决现有的轴流叶片由于防护涂层沿整个叶片表面均匀分布，使轴流叶片重量大，轴流叶片气动性能不好，以及在轴流叶片的叶缘区损伤后，受损部位与完好部位出现厚度突变的台阶，影响轴流叶片的气动性能的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种轴流叶片的喷涂方法，包括如下步骤：
S101，在轴流叶片的叶片基体的表面喷涂第一防护涂层；
S102，去除叶片基体的叶缘区的第一防护涂层，以使叶缘区的基体外露，外露的叶缘区与第一防护涂层之间形成过渡区，过渡区为去除叶缘区表面的第一防护涂层过程中形成的自叶缘区向第一防护涂层方向厚度逐渐增加的厚度渐变涂层；
S103，对整个叶片基体的表面喷涂第二防护涂层。
进一步地，过渡区的厚度渐变涂层的横截面的形状为弧形。
进一步地，第一防护涂层的厚度：第二防护涂层的厚度比为5～7：1。
进一步地，第二防护涂层的厚度为0.01～0.015毫米。
进一步地，叶缘区沿叶片基体的旋向方向的长度为0.5～2.0毫米。
进一步地，过渡区沿叶片基体的旋向方向的的长度为0.5～2.0毫米。
进一步地，步骤S101具体包括：采用火焰喷涂方法在轴流叶片的叶片基体的表面均匀喷涂第一防护涂层；
步骤S102具体包括：对叶片基体的叶缘区进行抛修，去除叶片基体的叶缘区表面的第一防护涂层，并对未被去除第一防护涂层的区域边沿进行抛修，使叶缘区与未被去除第一防护涂层的第一防护涂层镀层区的区域边沿之间形成厚度自叶缘区向叶片基体的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层形成过渡区；
步骤S103具体包括：采用火焰喷涂方法对经步骤S102处理后的整个叶片基体的表面均匀喷涂第二防护涂层。
进一步地，第一防护涂层为IP9183涂层，第二防护涂层为IP9444涂层。
进一步地，叶片基体的材料为不锈钢材料。
本发明还提供一种轴流叶片，采用上述的轴流叶片的喷涂方法制成，轴流叶片包括防护层和叶片基体，防护层包括第二防护涂层以及设置与第二防护涂层与叶片基体之间的第一防护涂层；其中，整个叶片基体的表面均布设有第二防护涂层，叶片基体的叶缘区为无第一防护涂层镀层区，叶缘区与第一防护涂层镀层区的区域边沿之间形成厚度自叶缘区向叶片基体的中部方向逐渐增加的渐变涂层。
本发明具有以下有益效果：
本发明的轴流叶片的喷涂方法，通过使轴流叶片的表面设有双层防护涂层，其中第一防护涂层用于防锈、防腐，第二防护涂层用于保证轴流叶片外表面的密封性，保证了轴流叶片的防湿热、盐雾和霉菌的性能，通过去除叶片基体的叶缘区的第一防护涂层，减轻了轴流叶片的重量与叶缘区的涂层厚度，并减小了叶缘区的涂层厚度，提高了轴流叶片的气动性能；通过设置在叶缘区与未被去除第一防护涂层的第一防护涂层镀层区的区域边沿之间形成厚度自叶缘区向叶片基体的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层形成过渡区，使轴流叶片的叶缘区与叶片中部形成缓慢的过渡，从而在轴流叶片的叶缘区受损时，使损伤区域与完好区域厚度梯度变化小，对气动性能影响小，且不易造成其他区域剥落。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有的轴流叶片的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的轴流叶片的喷涂方法的流程示意图；
图3是本发明优选实施例的轴流叶片的主视图；
图4是图3中A-A处的剖视图；
图5是图4中B处的放大图。
图例说明：
100、轴流叶片；10、叶片基体；11、叶缘区；12、第一防护涂层镀层区；121、过渡区；20、防护层；21、第一防护涂层；22、第二防护涂层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是现有的轴流叶片的结构示意图；图2是本发明优选实施例的轴流叶片的喷涂方法的流程示意图；图3是本发明优选实施例的轴流叶片的主视图；图4是图3中A-A处的剖视图；图5是图4中B处的放大图。
如图2所示，本发明实施例提供的轴流叶片的喷涂方法，包括如下步骤：
S101，在轴流叶片100的叶片基体10的表面喷涂第一防护涂层21；S102，去除叶片基体10的叶缘区11的第一防护涂层21，并在叶缘区11与未被去除第一防护涂层21的第一防护涂层镀层区12的区域边沿之间形成厚度自叶缘区11向叶片基体10的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层21形成过渡区121；S103，对整个叶片基体10的表面喷涂第二防护涂层22。本发明的轴流叶片的喷涂方法，通过使轴流叶片100的表面设有双层防护涂层，其中第一防护涂层21用于防锈、防腐，第二防护涂层22用于保证轴流叶片100外表面的密封性，保证了轴流叶片100的防湿热、盐雾和霉菌的性能，通过去除叶片基体10的叶缘区11的第一防护涂层21，减轻了轴流叶片100的重量与叶缘区11的涂层厚度，并减小了叶缘区11的涂层厚度，提高了轴流叶片100的气动性能；通过设置在叶缘区11与未被去除第一防护涂层21的第一防护涂层镀层区12的区域边沿之间形成厚度自叶缘区11向叶片基体10的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层21形成过渡区121，使轴流叶片100的叶缘区11与叶片中部形成缓慢的过渡，从而在轴流叶片100的叶缘区11受损时，使损伤区域与完好区域厚度梯度变化小，对气动性能影响小，且不易造成其他区域剥落。
进一步地，过渡区121的渐变第一防护涂层21的横截面的形状为弧形。具体地，在本实施例中，通过两段相切圆弧R1和R2光顺连接叶缘区11和第一防护涂层镀层区12的区域边沿，从而使过渡区121的渐变第一防护涂层21的横截面为弧形。可以理解地，R1的范围值为1毫米至1.3毫米，R2的范围值为6毫米至6.5毫米，在保证过渡区121的第一防护涂层21的厚度自叶缘区11向叶片基体10的中部方向逐渐增加的同时，通过设置渐变第一防护涂层21的横截面为弧形，使渐变的第一防护涂层21平缓过渡，提高了轴流叶片100结构的紧密型，从而提高了轴流叶片100的气动性能。
进一步地，第一防护涂层21的厚度：第二防护涂层22的厚度比为5～7：1。可以理解地，在本实施例中，可以是第一防护涂层21的厚度：第二防护涂层22的厚度比为5：1或者7：1，也可以是第一防护涂层21的厚度：第二防护涂层22的厚度比为5～7：1内的其它数值比。
进一步地，第二防护涂层22的厚度值为0.01～0.015毫米。可以理解地，在本实施例中，第二防护涂层22的厚度值为0.01或0.015毫米，也可以是第二防护涂层22的厚度值为0.012毫米。可以理解地，由于该处气流马赫数较高，厚度大于0.015毫米时会导致较大的气流损失，从而影响叶片的气动性能；厚度小于0.01毫米则会导致叶片的抗腐蚀性能下降。
进一步地，叶缘区11的长度为0.5～2.0毫米。可以理解地，在本实施例中，可以是叶缘区11的长度为0.5或2.0毫米，也可以是叶缘区11的长度为1.7毫米。叶缘区11的长度L1过大会使叶缘(前尾缘)耐腐蚀性能下降，降低使用寿命；叶缘区11的长度L1过小则使叶缘(前尾缘)涂层薄区域过小，影响轴流叶片100气动性能。
进一步地，过渡区121的长度为0.5～2.0毫米。可以理解地，在本实施例中，可以是过渡区121的长度为0.5或2.0毫米，也可以是过渡区121的长度为1.5毫米。过渡区121的长度L2过小会使涂层厚度变化过于剧烈，影响轴流叶片100气动性能；过渡区121的长度L2过大会使第一防护涂层21防护区域减小，降低轴流叶片100的耐腐蚀性。
进一步地，步骤S101具体包括：采用火焰喷涂方法在轴流叶片100的叶片基体10的表面均匀喷涂第一防护涂层21；步骤S102具体包括：对叶片基体10的叶缘区11进行抛修，去除叶片基体10的叶缘区11表面的第一防护涂层21，并对未被去除第一防护涂层21的区域边沿进行抛修，使叶缘区11与未被去除第一防护涂层21的第一防护涂层镀层区12的区域边沿之间形成厚度自叶缘区11向叶片基体10的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层21形成过渡区121；步骤S103具体包括：采用火焰喷涂方法对经步骤S102处理后的整个叶片基体10的表面均匀喷涂第二防护涂层22。具体地，对整个叶片采用火焰喷涂方法喷涂第一防护涂层21，然后使用金相砂纸打磨或抛修等机械方法或者化学方法去除轴流叶片100的叶缘区11的第一防护涂层21，并在过渡区121采用金相砂纸打磨或抛修等机械方法或者化学方法去除部分第一防护涂层21，通过两段相切圆弧R1和R2光顺连接叶缘区11和第一防护涂层镀层区12的区域边沿。可以理解地，打磨或抛修以后使轴流叶片的表面粗糙度达Ra0.4～Ra1.6，喷涂第一防护涂层21之后进行抛光处理或者无抛光处理均可，不仅便于使第一防护涂层21和第二防护涂层22均匀覆盖在叶片基体10的表面，而且易于控制叶缘区11与未被去除第一防护涂层21的第一防护涂层镀层区12的区域边沿之间形成厚度自叶缘区11向叶片基体10的中部方向逐渐增加，提高叶片基体10的耐腐蚀性能和气动性能。
进一步地，第一防护涂层21为IP9183涂层，第二防护涂层22为IP9444涂层。通过设置第一防护涂层21和第二防护涂层22后，采用3M胶带粘上后突然撕扯，防护涂层不剥落，使防护涂层与轴流叶片基体10紧密贴合。
进一步地，叶片基体10的材料为不锈钢材料。
如图3、图4和图5所示，本发明还提供一种轴流叶片100，采用上的轴流叶片100的喷涂方法制成，轴流叶片100包括防护层20和叶片基体10，防护层20包括第二防护涂层22以及设置与第二防护涂层22与叶片基体10之间的第一防护涂层21；其中，整个叶片基体10的表面均布设有第二防护涂层22，叶片基体10的叶缘区11为无第一防护涂层镀层区，叶缘区11与第一防护涂层镀层区12的区域边沿之间形成厚度自叶缘区11向叶片基体10的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层21。
本发明提供一种具体的轴流叶片100：
轴流叶片100的叶片基体10材料为不锈钢(材料牌号：1Cr11Ni2W2MoV)，叶片防护层20包含第一防护涂层21和第二防护涂层22两层，第一防护涂层21选择IP9183涂层，第二防护涂层22选择IP9444涂层。第一防护涂层21的厚度：第二防护涂层22的厚度比为5～7：1，第一防护涂层21的厚度值为0.01～0.05mm。具体地，在加工时，首先对整个轴流叶片100的叶片基体10采用火焰喷涂方法喷涂第一防护涂层21，然后使用金相砂纸等机械方法或者化学方法去除叶片基体10的叶缘(前尾缘)部分L1区域的第一防护涂层21，并在L2区域采用相同方法去除部分第一防护涂层21，并通过两段相切圆弧R1和R2光顺连接L1区域和第一防护涂层21完好区域。其中叶缘区11的长度L1为0.5～2.0mm，L1过大会使叶缘耐腐蚀性能下降，降低使用寿命；L1过小则使叶缘涂层薄区域过小，影响叶片气动性能；过渡区121的长度L2为0.5～2.0mm，L2过小会使涂层厚度变化过于剧烈，影响轴流叶片100的气动性能；L2过大会使叶缘区11的第一防护涂层21防护区域减小，降低轴流叶片100的耐腐蚀性。然后再对整个叶片基体10采用火焰喷涂方法喷涂第二防护涂层22，最终叶片形成三个区域，分别是L1区域、L2区域、叶片涂层完整区域。
本发明的有益效果：
与轴流叶片100所有区域均采用第一防护涂层21+第二防护涂层22的厚度的方案相比，采用本发明的方案最终可以使叶片叶缘(前尾缘)获得较薄的涂层，有利于获得较好的气动性能；轴流叶片100其余部分的涂层完整，有利于保证叶片的耐腐蚀性。根据计算分析，对于单级转子叶片，该方案的叶片与整个叶片涂层厚度均为第一防护涂层21+第二防护涂层22的厚度的方案相比，流量和压比提升0.3％～0.4％，效率提升约0.5个百分点。对于有多级叶片的压气机来说，能够获得更为显著的性能提升，性能提升的主要原因是叶片叶缘(前尾缘)涂层厚度薄，有利于提高叶片性能。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101，在所述轴流叶片的叶片基体(10)的表面喷涂第一防护涂层(21)；
S102，去除所述叶片基体(10)的叶缘区(11)的所述第一防护涂层(21)，以使所述叶缘区(11)的基体外露，外露的所述叶缘区(11)与所述第一防护涂层(21)之间形成过渡区(121)，过渡区(121)为去除所述叶缘区(11)表面的所述第一防护涂层(21)过程中形成的自所述叶缘区(11)向所述第一防护涂层(21)方向厚度逐渐增加的厚度渐变涂层；
S103，对整个所述叶片基体(10)的表面喷涂第二防护涂层(22)。
2.根据权利要求1所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述过渡区(121)的厚度渐变涂层的横截面的形状为弧形。
3.根据权利要求2所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述第一防护涂层(21)的厚度：所述第二防护涂层(22)的厚度比为5～7：1。
4.根据权利要求3所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述第二防护涂层(22)的厚度为0.01～0.015毫米。
5.根据权利要求4所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述叶缘区(11)沿所述叶片基体的旋向方向的长度为0.5～2.0毫米。
6.根据权利要求5所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述过渡区(121)沿所述叶片基体的旋向方向的的长度为0.5～2.0毫米。
7.根据权利要求1至6任一项所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
步骤S101具体包括：采用火焰喷涂方法在所述轴流叶片的叶片基体(10)的表面均匀喷涂所述第一防护涂层(21)；
步骤S102具体包括：对所述叶片基体(10)的所述叶缘区(11)进行抛修，去除所述叶片基体(10)的所述叶缘区(11)表面的所述第一防护涂层(21)，并对未被去除所述第一防护涂层(21)的区域边沿进行抛修，使所述叶缘区(11)与未被去除所述第一防护涂层(21)的第一防护涂层镀层区(12)的区域边沿之间形成厚度自所述叶缘区(11)向所述叶片基体(10)的中部方向逐渐增加的渐变第一防护涂层(21)形成过渡区(121)；
步骤S103具体包括：采用火焰喷涂方法对经步骤S102处理后的整个所述叶片基体(10)的表面均匀喷涂第二防护涂层(22)。
8.根据权利要求7所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述第一防护涂层(21)为IP9183涂层，所述第二防护涂层(22)为IP9444涂层。
9.根据权利要求8所述的轴流叶片的喷涂方法，其特征在于，
所述叶片基体(10)的材料为不锈钢材料。
10.一种轴流叶片，采用如权利要求1至9任一项所述的轴流叶片的喷涂方法制成，所述轴流叶片包括防护层(20)和叶片基体(10)，其特征在于，
所述防护层(20)包括第二防护涂层(22)以及设置与所述第二防护涂层(22)与所述叶片基体(10)之间的第一防护涂层(21)；其中，
整个所述叶片基体(10)的表面均布设有所述第二防护涂层(22)，
所述叶片基体(10)的叶缘区(11)为无第一防护涂层镀层区，
所述叶缘区(11)与第一防护涂层镀层区(12)的区域边沿之间形成厚度自所述叶缘区(11)向所述叶片基体(10)的中部方向逐渐增加的渐变涂层。
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