CN113043077A - 一种热障涂层光饰工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热障涂层光饰工艺方法，包括以下过程，将待光饰工件装夹在光饰机上，在光饰机中加入光饰磨粒，设置光饰工艺参数中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度和正反转交变频次，进行热障涂层表面光饰处理，光饰处理完成后将光饰工件拆卸，清理光饰工件的表面，形成热障涂层表面无损伤的光饰工件。通过采用光饰工艺，对航空发动机涡轮叶片热障涂层表面进行无损伤光饰，通过控制光饰工艺中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度、正反转交变频次、磨粒尺寸等参数，仅提高了热障涂层表面粗糙度，对热障涂层无损伤，热障涂层的组织完整性未产生影响。

Description

一种热障涂层光饰工艺方法
技术领域
本发明属于航空发动机涡轮叶片热障涂层技术领域，具体属于一种热障涂层光饰工艺方法。
背景技术
目前，由于电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术具有涂层化学成分易于精确控制、可得到柱状晶组织、涂层与基体结合强度高等优点，已经广泛应用于多种涡轮叶片高温防护涂层的制备加工，显著提高了涡轮叶片的抗高温氧化和抗腐蚀性能、隔热性能，延长了发动机工作寿命。
工件表面采用EB-PVD技术涂覆的热障涂层表面粗糙度虽优于喷涂技术涂覆的热障涂层表面粗糙度，但仍然存在热障涂层表面粗糙度相对增大(约3.0μm)的问题，粗糙度较大将对涡轮叶片表面气动性能产生不利影响，同时使涡轮叶片在发动机服役过程更容易粘附外来CMAS附着物，CMAS的附着造成气膜孔缩孔或堵塞，堵塞气膜孔的部分将抵消涂层隔热效果、改变叶片冷却设计、降低涂层服役寿命，对发动机的服役寿命产生不利影响。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种热障涂层光饰工艺方法，能够提高热障涂层表面粗糙度，降低CMAS附着，防止气膜孔缩孔或堵塞，提高叶片气动性能，延长发动机服役寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种热障涂层光饰工艺方法，包括以下过程，将待光饰工件装夹在光饰机上，在光饰机中加入光饰磨粒，设置光饰工艺参数中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度和正反转交变频次，进行热障涂层表面光饰处理，光饰处理完成后将光饰工件拆卸，清理光饰工件的表面，形成热障涂层表面无损伤的光饰工件。
优选的，所述待光饰工件与光饰机的主轴进行螺栓连接。
优选的，所述光饰磨粒的粒径范围为1mm～3mm。
优选的，所述光饰磨粒为Al2O3磨粒。
优选的，所述光饰磨粒先进行筛分和清洗工序后加入光饰机中。
优选的，所述光饰时间为20min～40min。
优选的，所述光饰工艺参数中主轴频率为20Hz～30Hz、滚筒频率为20～30Hz、正反转交变频次5min/次～10min/次。
优选的，所述光饰工艺参数设置完成后，先进行模拟试运行，验证工艺参数。
优选的，采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面和内腔进行清理。
优选的，所述光饰完成的光饰工件上热障涂层表面粗糙度范围为1.12μm～1.45μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种热障涂层光饰工艺方法，通过采用光饰工艺，对航空发动机涡轮叶片热障涂层表面进行无损伤光饰，通过控制光饰工艺中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度、正反转交变频次、磨粒尺寸等参数，仅提高了热障涂层表面粗糙度，对热障涂层无损伤，热障涂层的组织完整性未产生影响，热障涂层的柱状晶形貌和尺寸未发生变化，涂层各项性能未产生衰减。本发明的光饰工艺显著提高热障涂层表面粗糙度，工艺方法简单，工艺参数容限度大，光饰处理可实现自动化运行控制，并可实现批量化工程化应用。
进一步的，将待光饰工件装夹与光饰机主轴进行螺栓联接，方便拆卸，保证联接牢固。
进一步的，通过对磨粒进行筛分、清洗工序后，保证破碎磨粒清理彻底，防止破碎磨粒对热障涂层表面局部损伤。
进一步的，在光饰工艺参数设置完成后，先通过光饰机进行模拟试运行，验证工艺参数的正确性，保证光饰的加工质量。
进一步的，通过采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面和内腔进行清理，避免清理过程对热障涂层表面产生损伤，并且压缩空气为清洁能源，减少环境污染。
附图说明
图1为沉积态热障涂层典型截面组织形貌；
图2为本发明实施例1处理后的热障涂层截面组织形貌；
图3为本发明实施例2处理后的热障涂层截面组织形貌；
图4为本发明实施例3处理后的热障涂层截面组织形貌。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种热障涂层光饰工艺方法，包括以下过程，将待光饰工件装夹在光饰机上，在光饰机中加入光饰磨粒，设置光饰工艺参数中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度和正反转交变频次，进行热障涂层表面光饰处理，光饰完成后将光饰工件拆卸，清理光饰工件表面形成热障涂层表面无损伤的光饰工件。
通过控制热障涂层表面无损伤光饰工艺中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度、正反转交变频次、Al2O3磨粒尺寸等参数，对热障涂层表面无损伤光饰处理，显著提高热障涂层表面粗糙度。本发明采用的工艺方法对热障涂层无损伤，仅提高了热障涂层表面粗糙度。本发明采用的工艺方法对热障涂层的组织完整性未产生影响，热障涂层的柱状晶形貌和尺寸未发生变化，涂层各项性能未产生衰减。本发明采用的工艺方法简单，工艺参数容限度大，光饰处理可实现自动化运行控制，并可实现批量化工程化应用。通过本发明的热障涂层表面无损伤光饰工艺方法，可以将热障涂层的表面粗糙度达到0.8μm－1.6μm。
本发明一种热障涂层光饰工艺方法的具体步骤如下：
(1)光饰前工件装夹。光饰处理前，将工件装夹在专用工装上，并与设备主轴进行螺栓联接，保证联接牢固。
(2)光饰磨粒准备。光饰前，选取光饰所需尺寸的光饰磨粒，并将光饰磨粒进行筛分、清洗，保证破碎磨粒清理彻底，防止破碎磨粒对热障涂层表面局部损伤。
(3)光饰工艺参数设置及试运行。在光饰机上设置主轴频率为20Hz～30Hz、滚筒频率为20Hz～30Hz、光饰时间为20min～40min、进给深度为H+10mm～H+30mm，H代表零件光饰区高度、正反转交变频次为5min/次～10min/次等参数，并按照设置的工艺参数在光饰机上进行模拟试运行，验证工艺参数设置是否正确。
(4)热障涂层表面光饰处理。光饰工艺参数设置并试运行后，将光饰机设备运行模式选择为自动模式，对待光饰工件进行表面光饰处理。
(5)光饰后处理。待光饰工件表面光饰后，光饰完成后将光饰工件和工装从光饰机设备主轴上拆卸，将工装进行拆除，采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面及内腔清理干净。
实施例1
本发明一种热障涂层光饰工艺方法的具体步骤如下：
(1)光饰前工件装夹。光饰处理前，将待光饰工件装夹在专用工装夹具上，并将工装夹具与光饰机设备的主轴进行螺栓联接，保证联接牢固。
(2)光饰磨粒准备。光饰前，选取光饰尺寸为φ1mm的Al2O3磨粒，并将磨粒进行筛分、清洗，保证破碎磨粒清理彻底，防止破碎磨粒对热障涂层表面局部损伤。
(3)光饰工艺参数设置及试运行。在光饰机上设置以下工艺参数：主轴频率为20Hz、滚筒频率为20Hz、光饰时间为20min、进给深度H+10mm(共计70mm，H代表零件光饰区高度)、正反转交变频次5min/次，并按照设置的工艺参数在光饰机上进行模拟试运行，验证工艺参数设置正确。
(4)热障涂层表面光饰处理。光饰工艺参数设置并试运行后，将光饰机设备运行模式选择为自动模式，对待光饰工件进行表面光饰处理。
(5)光饰后处理。待光饰工件表面光饰后，光饰完成后将光饰工件和工装从光饰机设备主轴上拆卸，将工装进行拆除，采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面及内腔清理干净。
结果：表1中的方案1涂层表面粗糙度为Ra＝1.45μm，与光饰前热障涂层表面粗糙度(Ra＝3.11μm)相比，粗糙度显著降低。
图2为经过实施方案1处理后的热障涂层截面组织形貌，与图1沉积态热障涂层截面组织形貌相比，经过光饰处理后的热障涂层截面组织形貌中的“凸起”状尖端已完全消失，涂层内部组织完整，未出现横向或纵向的组织裂纹缺陷。
实施例2
本发明一种热障涂层光饰工艺方法的具体步骤如下：
(1)光饰前工件装夹。光饰处理前，将待光饰工件装夹在专用工装夹具上，并将工装夹具与光饰机设备的主轴进行螺栓联接，保证联接牢固。
(2)光饰磨粒准备。光饰前，选取光饰尺寸为φ2mm的Al2O3磨粒，并将磨粒进行筛分、清洗，保证破碎磨粒清理彻底，防止破碎磨粒对热障涂层表面局部损伤。
(3)光饰工艺参数设置及试运行。在光饰机上设置以下工艺参数：主轴频率为25Hz、滚筒频率为30Hz、光饰时间为25min、进给深度为H+10mm(共计80mm，H代表零件光饰区高度)、正反转交变频次10min/次，并按照设置的工艺参数在光饰机上进行模拟试运行，验证工艺参数设置正确。
(4)热障涂层表面光饰处理。光饰工艺参数设置并试运行后，将光饰机设备运行模式选择为自动模式，对待光饰工件进行表面光饰处理。
(5)光饰后处理。待光饰工件表面光饰后，光饰完成后将光饰工件将零件和工装夹具从光饰机设备主轴上拆卸，将工装进行拆除，采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面及内腔清理干净。
结果：表1中的方案2涂层表面粗糙度为Ra＝1.39μm，与光饰前热障涂层表面粗糙度(Ra＝3.11μm)相比，粗糙度显著降低。
图3为经过实施方案2处理后的热障涂层截面组织形貌，与图1沉积态热障涂层截面组织形貌相比，经过光饰处理后的热障涂层截面组织形貌中的“凸起”状尖端已完全消失，涂层内部组织完整，未出现横向或纵向的组织裂纹缺陷。
实施例3
本发明一种热障涂层光饰工艺方法的具体步骤如下：
(1)光饰前工件装夹。光饰处理前，将待光饰工件装夹在专用工装夹具上，并将工装夹具与光饰机设备的主轴进行螺栓联接，保证联接牢固。
(2)光饰磨粒准备。光饰前，选取光饰尺寸为φ3mm的Al2O3磨粒，并将磨粒进行筛分、清洗，保证破碎磨粒清理彻底，防止破碎磨粒对热障涂层表面局部损伤。
(3)光饰工艺参数设置及试运行。在光饰机上设置以下工艺参数：主轴频率为30Hz、滚筒频率为25Hz、光饰时间为50min、进给深度为H+10mm(共计90mm，H代表零件光饰区高度)、正反转交变频次8min/次，并按照设置的工艺参数在光饰机上进行模拟试运行，验证工艺参数设置正确。
(4)热障涂层表面光饰处理。光饰工艺参数设置并试运行后，将光饰机设备运行模式选择为自动模式，对待光饰工件进行表面光饰处理。
(5)光饰后处理。待光饰工件表面光饰后，光饰完成后将光饰工件和工装从光饰机设备主轴上拆卸，将工装进行拆除，采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面及内腔清理干净。
结果：表1中的方案3涂层表面粗糙度为Ra＝1.12μm，与光饰前热障涂层表面粗糙度(Ra＝3.11μm)相比，粗糙度显著降低。
图4为经过实施方案3处理后的热障涂层截面组织形貌，与图1沉积态热障涂层截面组织形貌相比，经过光饰处理后的热障涂层截面组织形貌中的“凸起”状尖端已完全消失，涂层内部组织完整，未出现横向或纵向的组织裂纹缺陷。
表1
Figure BDA0002981146540000071

Claims (10)

1.一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，包括以下过程，将待光饰工件装夹在光饰机上，在光饰机中加入光饰磨粒，设置光饰工艺参数中的主轴频率、滚筒频率、光饰时间、进给深度和正反转交变频次，进行热障涂层表面光饰处理，光饰处理完成后将光饰工件拆卸，清理光饰工件的表面，形成热障涂层表面无损伤的光饰工件。
2.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述待光饰工件与光饰机的主轴进行螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰磨粒的粒径范围为1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰磨粒为Al2O3磨粒。
5.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰磨粒先进行筛分和清洗工序后加入光饰机中。
6.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰时间为20min～40min。
7.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰工艺参数中主轴频率为20Hz～30Hz、滚筒频率为20～30Hz、正反转交变频次5min/次～10min/次。
8.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰工艺参数设置完成后，先进行模拟试运行，验证工艺参数。
9.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，采用压缩空气对光饰完成的光饰工件表面和内腔进行清理。
10.根据权利要求1所述的一种热障涂层光饰工艺方法，其特征在于，所述光饰完成的光饰工件上热障涂层表面粗糙度范围为1.12μm～1.45μm。
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