CN112359309B - 一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航空发动机零部件的防粘连表面处理技术领域，具体涉及一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，包括步骤1)采用大气等离子喷涂技术，将镍铝金属粉末喷涂到驱动连杆零件的对磨表面，形成NiAl合金过渡层；2)采用大气等离子喷涂技术，将铜铝合金粉末喷涂到NiAl合金过渡层上，形成铜铝合金防粘连面层，解决航空发动机等装备存在的匹配零件对磨粘连问题，延长零件使用寿命，提高装备使用性能。

Description

一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及航空发动机零部件的防粘表面处理连技术领域，具体涉及一种 用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法。
背景技术
军用航空发动机在工作状态下存在零部件接触表面的滑动、微振和冲击等 形式的摩擦磨损现象，因此在零部件表面设计使用热喷涂工艺制备耐磨防护涂 层来延长磨损零部件的使用寿命，包括等离子喷涂镍基合金涂层、氧化铝·氧化 钛陶瓷涂层、碳化钨/钴硬质合金涂层等等，新型先进航空发动机发动机零部件 还采用了刷式封严耐磨涂层。
热喷涂铜铝涂层具有良好的减磨性能和限制疲劳裂纹扩展的性能，被用于 航天航空、核电及船舶等装备零件上，提高零件合金材料的耐微振磨损性能， 延长零件使用寿命。
某些航空发动机零件是通过嵌合、螺钉连接装配，这些零部件在高温工作 环境下由于承受发动机振动载荷或螺钉紧固载荷的作用，出现与匹配零部件的 粘连和咬合故障，需要从零件结构、材料设计，或者表面涂层技术解决。与材 料和零件设计相比，热喷涂涂层技术具有成本低、加工简单、容易实施等优点， 但热喷涂防粘连涂层技术还没有得到充分的研究，也没有在航空发动机等装备 上得到有针对性的工程化应用和验证。
发明内容
本发明的目的在于解决航空发动机等装备存在的匹配零件对磨粘连问题， 延长零件使用寿命，提高装备使用性能。
本发明的技术方案如下：
一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)采用大气等离子喷涂技术，将镍铝金属粉末喷涂到驱动连杆的对磨装配 表面，形成NiAl合金过渡层；
2)采用大气等离子喷涂技术，将铜铝合金粉末喷涂到NiAl合金过渡层上， 形成铜铝合金防粘连面层。
所述的一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，所述步骤 2)中铜铝合金防粘连面层的HR15T表面洛氏硬度在75HR15T～87HR15T范围内， 厚度不大于0.15mm。
所述的一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，所述铜铝 合金防粘连面层的HR15T表面洛氏硬度的调整方法为将铝、铁合金元素全部溶 入铜金属晶体中，形成饱和或过饱和固溶体铜基合金来实现固溶强化，同时通 过热喷涂工艺技术和过程控制来进一步调整铜铝合金防粘连面层的HR15T表面 洛氏硬度，在满足上述HR15T表面洛氏硬度技术要求的条件下，通过大气等离 子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂技术喷涂涂层，控制涂层中的孔 隙、氧化物及未熔颗粒含量及大小，喷涂后进行喷涂涂层边缘清理并完成必要 的涂层表面机加工，交付发动机装配和使用。
所述的一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，步骤1)中 大气等离子喷涂NiAl合金过渡层时，使用氩气和氢气为工作气体，其中氩气42～ 48slpm、氢气6～10slpm、电流为480～540A、送粉速率27～34g/min、走枪速 率460～550mm/s。
所述的一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，步骤2)中 大气等离子喷涂铜铝合金防粘连面层时，使用氩气和氢气为工作气体，其中氩 气62～69slpm、氢气12～18slpm、电流为580～630A、送粉速率36～45g/min、 走枪速率350～450mm/s。
所述的一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，步骤1)中， 在喷涂前，对驱动连杆零件非喷涂表面进行吹砂保护，喷涂表面进行干吹砂前 处理。
本发明的有益效果为：
(1)铜铝合金防粘连面层的厚度不大于0.15mm，能够保证涂层完整，与驱 动连杆零件合金基体的界面结合良好，降低涂层内部的残余拉应力；
(2)NiAl合金过渡层的设置，由于镍铝的热膨胀系数相对铜铝较小，避免 了铜铝合金防粘连面层内的残余应力导致涂层分层和剥落，并降低涂层材料成 本；
(3)现有技术一般是将铜铝涂层作为耐磨损涂层使用，本发明是将铜铝涂 层技术进一步改进，推广应用于航空发动机上容易发生粘连的驱动连杆零件上， 以防止驱动连杆零件与对磨零件的咬合，延长连杆涂层零件的使用寿命，满足 发动机正常运转和寿命设计要求，也可以用于三级连杆、扇形块等对磨匹配工 况的零部件上，具有非常广阔的市场前景。
附图说明
图1为需要喷涂本发明所述涂层的驱动连杆零件及其喷涂部位示意图；
图2为无NiAl合金过渡层的防粘连涂层；
图3为带NiAl合金过渡层的防粘连涂层。
其中1-防粘连涂层部位
具体实施方式
一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)采用大气等离子喷涂技术，将镍铝金属粉末喷涂到驱动连杆的装配对磨 表面，形成NiAl合金过渡层；
2)采用大气等离子喷涂技术，将铜铝合金粉末喷涂到NiAl合金过渡层上， 形成铜铝合金防粘连面层。
具体工艺流程如下：
a:来件检查，确认零件几何尺寸符合设计图纸要求；
b:丙酮除油污，使零件表面尤其是喷涂区域清洁，且没有油脂渗出现象；
c:外观检查是否有不可接受的缺陷和多余物
d:对驱动连杆零件的非喷涂表面进行吹砂保护；
e:对驱动连杆零件的喷涂涂层区域进行干吹砂，干吹砂的表面呈均匀的无 光泽金属色，以清洁、粗化和活化驱动连杆合金表面，提高涂层与驱动连杆零 件合金基体之间的结合强度；
f:使用洁净的压缩空气清理吹砂和非吹砂的金属表面；
g:使用亚敏胶带或保护工装对非喷涂区域进行保护；
h:用夹具装夹和固定零件；
i:对驱动连杆零件喷涂区域喷涂NiAl合金过渡层，该过程采用MP200大 气等离子喷涂设备，使用氩气和氢气为工作气体，其中氩气45slpm、氢气8slpm、 电流为500A、送粉速率30g/min、走枪速率500mm/s；
j:对驱动连杆零件喷涂区域喷涂铜铝合金防粘连面层，该过程采用MP200 大气等离子喷涂设备，使用氩气和氢气为工作气体，其中氩气65slpm、氢气 15slpm、电流为600A、送粉速率39g/min、走枪速率400mm/s。
k:完成面层喷涂后拆卸夹具，取下零件后清理保护胶带和工装；
l:对零件外观进行检查，保证喷涂区域被涂层均匀覆盖，非喷涂区域没有 机械损伤。
实施例：
等离子喷涂铜铝合金防粘连面层外观呈均匀的暗黄色，无过烧变色，涂层 表面没有裂纹、翘起、剥落等现象，涂层表面洛氏硬度测试值为84.6HR15T，低 于对磨零件GH4169合金的硬度(91.5HR15T)，可以降低涂层对装配组合对磨零 件的磨损损伤程度。
喷涂得到厚度为80μm的NiAl合金过渡层，铜铝合金防粘连面层厚度为100 μm。双层结构涂层的结合强度测试结果平均值为34.1MPa，由于NiAl合金过 渡层与驱动连杆合金基体结合强度低于NiAl合金过渡层与铜铝合金防粘连面层 界面结合强度，断裂主要发生在过渡层内。在弯曲试验角度为180度条件下， 弯曲试验后在弯曲应变集中区域出现了横穿喷涂区域的涂层裂纹，但没有涂层 剥落现象。
采用摩擦磨损试验机进行铜铝涂层/GH4169合金、0Cr17Ni4Cu4Nb钢/GH4169 合金两种摩擦副的球盘式摩擦磨损试验，即使用对磨零件合金材料的对磨件为 直径4mm的GH4169球，施加载荷为10N，每组3个摩擦磨损试样副。得到的平 均摩擦系数分别为0.23和0.76，可见铜铝合金防粘连面层对对磨零件GH4169 合金的摩擦系数远低于驱动连杆合金与对磨零件合金，这有利于在发动机实际 工况条件下降低对磨零件的磨损程度同时，发挥了涂层防止对磨零件之间粘连 的作用。

Claims (2)

1.一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用大气等离子喷涂技术，将镍铝金属粉末喷涂到驱动连杆零件的对磨表面，形成NiAl合金过渡层；大气等离子喷涂NiAl合金过渡层时，使用氩气和氢气为工作气体，其中氩气42～48slpm、氢气6～10slpm、电流为480～540A、送粉速率27～34g/min、走枪速率460～550mm/s；
2）采用大气等离子喷涂技术，将铜铝合金粉末喷涂到NiAl合金过渡层上，形成铜铝合金防粘连面层，所述铜铝合金防粘连面层的HR15T表面洛氏硬度在75HR15T～87HR15T范围内，厚度不大于0.15mm；所述铜铝合金防粘连面层的HR15T表面洛氏硬度的调整方法为将铝、铁合金元素全部溶入铜金属晶体中，形成饱和或过饱和固溶体铜基合金来实现固溶强化；大气等离子喷涂铜铝合金防粘连面层时，使用氩气和氢气为工作气体，其中氩气62～69slpm、氢气12～18slpm、电流为580～630A、送粉速率36～45g/min、走枪速率350～450mm/s。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机驱动连杆的防粘连涂层的制备方法，其特征在于，步骤1）中，在喷涂前，对驱动连杆零件非喷涂表面进行吹砂保护，喷涂表面进行干吹砂前处理。
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