CN113106384B - 一种光固化用航空发动机渗铝料浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光固化用航空发动机渗铝料浆及其制备方法与应用,包括有:氧化铝粉末、铬粉、铝硅合金粉、碳化硼粉末和氯化铵粉末,其质量比为(18~54):(1~3):(48~54):(0.5~3):(0.2~0.4)。本发明一种光固化用航空发动机渗铝料浆渗铝方法,加入了氧化铝和碳化硼粉末,氧化铝粉末可以保证航空发动机渗铝零部件形成一层均匀的氧化铝可以提高抗腐蚀能力,碳化硼粉末可以提高渗铝零部件的耐磨性能。本发明采用光固化成形零件,首先光固化成形不需要模具辅助,成形精密度高,而且采用光固化渗铝可以保证渗铝料浆均匀地涂覆在待渗零部件,从而可有效的保证涂层的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域,具体涉及一种光固化用航空发动机渗铝料浆及其制备方法与应用。
背景技术
先进战斗机、民用航空等的更新换代对航空发动机提出了越来越高的要求。涡轮叶片因其工作温度最高、环境最恶劣等成为航空发动机最重要的零部件,因此提高涡轮叶片的性能将会极大地提高航空发动机的使用寿命。近年来,为提高涡轮叶片承耐磨、耐氧化、耐腐蚀、耐热等能力,渗铝涂层技术已经被广泛应用于涡轮叶片。但目前的渗铝涂层技术采用模具烧结铸造会产生大量的缺陷,制造出来的叶片极容易产生大量裂纹而引起失效,而且开模的成本高、生产周期长。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需开模且精密度高的光固化用航空发动机渗铝料浆及其制备方法与应用。
本发明这种光固化用航空发动机渗铝料浆,包括有氧化铝粉末、铬粉、铝硅合金粉、碳化硼粉末和氯化铵粉末,其质量比为(18~54):(1~3):(48~54):(0.5~3):(0.2~0.4)。
所述的铝硅合金粉末为Al3.21Si0.47。
所述的光固化用航空发动机渗铝料浆还包括有粘结剂、光引发剂和稀释剂,粘结剂的添加量为粉末总质量的1.5~2.5%,光引发剂的添加量为粉末总质量10~20%,稀释剂的添加量为粉末总质量8~10%,光引发剂和稀释剂会在烧结过程中挥发。
所述粘结剂为丙烯酸、三羟甲基丙三丙烯酸、1.4-己二醇二丙烯酸中的一种或多种;光引发剂为C26H27O3、C19H21O2中的一种或两种;稀释剂为己三醇丙烯酸酯、1.8-已二醇三丙烯酸酯中的一种或两种。
所述的光固化用航空发动机渗铝料浆制备渗铝涂层的方法,包括以下步骤:
1)制备航空发动机的零件:准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,并制备得到航空发动机的零件;
2)初级料浆的制备:将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按照设定的质量比进行球磨混合,得到混合粉末;接着将混合粉末在惰性气氛下进行煅烧,煅烧完毕后,自然冷却,得到煅烧粉末;向煅烧粉末中加入碳化硼粉末,球磨混匀,然后加入粘结剂,进行滚筒混合,得到初级浆料;
3)浆料的制备:向步骤2)中的初级浆料中加入光固化剂和稀释剂,滚筒混合后,得到浆料;
4)渗铝涂层的制备:将步骤3)中的浆料通过光固化设备均匀的在步骤1)中的航空发动机的零件上光固化打印一层渗铝涂层,烘干后,得到含涂层的零件;
5)涂层的后处理:将步骤4)中含涂层的零件进行排胶处理,然后进行气压烧结,得到含渗铝涂层的零件。
所述步骤1)中,光固化制备零件的工艺参数为功率密度50~80mW/cm2,X-Y分辨率为0.01~0.05mm,打印步数为0.2~0.5s/步。
所述步骤2)中,惰性气氛为氩气气氛,煅烧温度为650~750℃,煅烧时间为4~6h;球磨混匀时间为7~10h;滚筒混合的转速为170~200r/min,混合时间为3~4h。
所述步骤3)中,滚筒混合的转速为110~130r/min,混合时间为2~3h。
所述步骤4)中,光固化的工艺参数为:功率密度50~80mW/cm2,X-Y分辨率为0.005~0.01mm,打印步数为0.1~0.2s/步。
所述步骤5)中,排胶温度为200~300℃,排胶气氛为氦气气氛;气压烧结温度为1100~1200℃,压力为10~20MPa,气氛为氦气,烧结时间为4~5h。
本发明的有益效果:1)本发明一种光固化用航空发动机渗铝料浆渗铝方法,加入了氧化铝和碳化硼粉末,氧化铝粉末可以保证航空发动机渗铝零部件形成一层均匀的氧化铝可以提高抗腐蚀能力,碳化硼粉末可以提高渗铝零部件的耐磨性能。2)本发明采用光固化成形零件,首先光固化成形不需要模具辅助,成形精密度高,而且采用光固化渗铝可以保证渗铝料浆均匀地涂覆在待渗零部件,从而可有效的保证涂层的均匀性。
附图说明
图1为本发明实施例1的氧化铝粉、铬粉、铝硅合金粉、碳化硼粉和氯化铵扫描显微图。
图2为实施例1航空发动机零部件扫描显微图。
图3为实施例1航空发动机零部件电化学腐蚀阻抗谱
具体实施方式
本发明实施例中所用的铝硅合金粉末均为Al3.21Si0.47。
实施例1
首先将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按质量比54:41:2:0.2配料,通过高能球磨机混合均匀,将混合均匀的粉末在氦气保护氛围,温度650℃下煅烧6h,自然冷却至室温,得到煅烧后的粉末。接着按照氧化铝粉与碳化硼的质量比为54:3,将碳化硼粉末加入到煅烧后的粉末中,高能球磨机球磨10h混合均匀,然后加入相对于粉末总质量(氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉、氯化铵和碳化硼的总质量)1.5%的粘结剂(三羟甲基丙三丙烯酸),然后在转速为200r/min中滚筒混合机中进行混合3h,混合完毕后,得到初级浆料。煅烧后的粉末的SEM图如图1所示,长条状为碳化硼粉末,其他粉末成球形,其中铬粉主要分布在氧化铝粉末上。
在图1某区域采用能谱进行元素分析,其结果如表1所示,可以看出元素种类和含量均在配方的范围内
表1
元素名称 | 质量分数% | 原子质量分数% |
O | 4.91 | 4.82 |
Al | 63.21 | 63.47 |
Si | 20.82 | 19.03 |
Cr | 2.01 | 2.78 |
B | 3.01 | 3.26 |
C | 5.96 | 6.64 |
准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,然后设置光固化参数,功率密度80mWcm2,X-Y分辨率为0.02mm,打印步数为0.2步,进行光固化打印,得到零部件。零部件为涡轮叶片。
向初级浆料中加入相对于粉末总质量分别为15%和10%的光引发剂C26H27O3和稀释剂己三醇丙烯酸酯,接着进行滚筒混合3h(转速为120rmin),得到料浆。将料浆采用光固化设备通过光固化打印(功率密度80mW/cm2,X-Y分辨率为0.005mm,打印步数为0.2s/步),均匀的覆盖于零部件上,烘干后,得到表面含涂层的零部件。将表面含涂层的零部件在300℃条件下进行排胶处理,然后在1200℃和20MPa下进行气压烧结,烧结气氛为氦气气氛,烧结时间为4h,得到含渗铝涂层的零部件。
最终获得的含渗铝涂层的零部件的断面SEM图如图2所示,由于烧结温度较低,碳化硼未和其他粉末发生反应,涡轮叶片的主要成分为Al2O3,有Al5.21Si0.47生成可以对涡轮叶片的力学性能达到增益的效果,涂层分布较为明显,B4C分布在涂层表面可以很好的提升涡轮叶片的硬度和耐蚀性。
实施例2
首先将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按质量比48:47:2:0.2配料,通过高能球磨机混合均匀,将混合均匀的粉末在氦气保护氛围,温度650℃下煅烧4h,自然冷却至室温,得到煅烧后的粉末。接着按照氧化铝粉与碳化硼的质量比为48:3,将碳化硼粉末加入到煅烧后的粉末中,高能球磨机球磨8h混合均匀,然后加入相对于粉末总质量(氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉、氯化铵和碳化硼的总质量)1.5%的粘结剂三羟甲基丙三丙烯酸,然后在转速180r/min中滚筒混合机中进行混合3h,混合完毕后,得到初级浆料。准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,然后设置光固化参数,功率密度60mWcm2,X-Y分辨率为0.02mm,打印步数为0.2步,进行光固化打印,得到涡轮叶片。
向初级浆料中加入相对于粉末总质量分别为15%和10%的光引发剂C26H27O3和稀释剂己三醇丙烯酸酯,接着进行滚筒混合3h(转速为120rmin),得到料浆。将料浆采用光固化设备通过光固化打印(功率密度60mW/cm2,X-Y分辨率为0.005mm,打印步数为0.2s/步),均匀的覆盖于零部件上,烘干后,得到表面含涂层的零部件。将表面含涂层的零部件在300℃条件下进行排胶处理,然后在1150℃和20MPa下进行气压烧结,烧结气氛为氦气气氛,烧结时间为4h,得到含渗铝涂层的零部件。
实施例3
首先将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按质量比54:42.5:2:0.2配料,通过高能球磨机混合均匀,将混合均匀的粉末在氦气保护氛围,温度750℃下煅烧6h,自然冷却至室温,得到煅烧后的粉末。接着按照氧化铝粉与碳化硼的质量比为54:1.5,将碳化硼粉末加入到煅烧后的粉末中,高能球磨机球磨8h混合均匀,然后加入相对于粉末总质量(氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉、氯化铵和碳化硼的总质量)1.5%的粘结剂三羟甲基丙三丙烯酸,然后在转速180r/min中滚筒混合机中进行混合3h,混合完毕后,得到初级浆料。
准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,然后设置光固化参数,功率密度60mWcm2,X-Y分辨率为0.02mm,打印步数为0.2步,进行光固化打印,得到涡轮叶片。向初级浆料中加入相对于粉末总质量分别为15%和10%的光引发剂C26H27O3和稀释剂己三醇丙烯酸酯,接着进行滚筒混合3h(转速为120rmin),得到料浆。将料浆采用光固化设备通过光固化打印(功率密度60mW/cm2,X-Y分辨率为0.005mm,打印步数为0.2s/步),均匀的覆盖于零部件上,烘干后,得到表面含涂层的涡轮叶片。
将表面含涂层的零部件在300℃条件下进行排胶处理,然后在1200℃和20MPa下进行气压烧结,烧结气氛为氦气气氛,烧结时间为4h,得到含渗铝涂层的涡轮叶片。
实施例4
首先将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按质量比54:41:2:0.2配料,通过高能球磨机混合均匀,将混合均匀的粉末在氦气保护氛围,温度650℃下煅烧4h,自然冷却至室温,得到煅烧后的粉末。接着按照氧化铝粉与碳化硼的质量比为54:3,将碳化硼粉末加入到煅烧后的粉末中,高能球磨机球磨8h混合均匀,然后加入相对于粉末总质量(氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉、氯化铵和碳化硼的总质量)2.5%的粘结剂三羟甲基丙三丙烯酸,然后在转速180r/min中滚筒混合机中进行混合3h,混合完毕后,得到初级浆料。
准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,然后设置光固化参数,功率密度60mWcm2,X-Y分辨率为0.02mm,打印步数为0.2步,进行光固化打印,得到涡轮叶片。
向初级浆料中加入相对于粉末总质量分别为15%和10%的光引发剂C26H27O3和稀释剂己三醇丙烯酸酯,接着进行滚筒混合3h(转速为120rmin),得到料浆。将料浆采用光固化设备通过光固化打印(功率密度60mW/cm2,X-Y分辨率为0.005mm,打印步数为0.2s/步),均匀的覆盖于零部件上,烘干后,得到表面含涂层的零部件。
将表面含涂层的零部件在300℃条件下进行排胶处理,然后在1200℃和20MPa下进行气压烧结,烧结气氛为氦气气氛,烧结时间为4.5h,得到含渗铝涂层的零部件。
实施例5
首先将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按质量比54:41:2:0.2配料,通过高能球磨机混合均匀,将混合均匀的粉末在氦气保护氛围,温度650℃下煅烧4h,自然冷却至室温,得到煅烧后的粉末。接着按照氧化铝粉与碳化硼的质量比为54:3,将碳化硼粉末加入到煅烧后的粉末中,高能球磨机球磨8h混合均匀,然后加入相对于粉末总质量(氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉、氯化铵和碳化硼的总质量)1.5%的粘结剂三羟甲基丙三丙烯酸,然后在转速180r/min中滚筒混合机中进行混合3h,混合完毕后,得到初级浆料。
准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,然后设置光固化参数,功率密度50mWcm2,X-Y分辨率为0.02mm,打印步数为0.2步,进行光固化打印,得到涡轮叶片。
向初级浆料中加入相对于粉末总质量分别为15%和10%的光引发剂C26H27O3和稀释剂己三醇丙烯酸酯,接着进行滚筒混合3h(转速为120rmin),得到料浆。将料浆采用光固化设备通过光固化打印(功率密度50mW/cm2,X-Y分辨率为0.005mm,打印步数为0.2s/步),均匀的覆盖于零部件上,烘干后,得到表面含涂层的涡轮叶片。
将表面含涂层的零部件在300℃条件下进行排胶处理,然后在1150℃和20MPa下进行气压烧结,烧结气氛为氦气气氛,烧结时间为4.5h,得到含渗铝涂层的涡轮叶片。
在电化学腐蚀过程中,电化学交流阻抗谱线弧度越小耐腐蚀性能越高。根据图3可知,实施例1~5中均具有较好的耐腐蚀性能,其中实施例5的耐腐蚀性能最高。
实施例6
首先将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按质量比48:47:2:0.2配料,通过高能球磨机混合均匀,将混合均匀的粉末在氦气保护氛围,温度700℃下煅烧5h,自然冷却至室温,得到煅烧后的粉末。接着按照氧化铝粉与碳化硼的质量比为48:3,将碳化硼粉末加入到煅烧后的粉末中,高能球磨机球磨7h混合均匀,然后加入相对于粉末总质量(氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉、氯化铵和碳化硼的总质量)1.5%的粘结剂三羟甲基丙三丙烯酸,然后在转速170r/min中滚筒混合机中进行混合3h,混合完毕后,得到初级浆料。
准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,然后设置光固化参数,功率密度60mWcm2,X-Y分辨率为0.02mm,打印步数为0.2步,进行光固化打印,得到涡轮叶片。
向初级浆料中加入相对于粉末总质量分别为15%和10%的光引发剂C26H27O3和稀释剂己三醇丙烯酸酯,接着进行滚筒混合3h(转速为120rmin),得到料浆。将料浆采用光固化设备通过光固化打印(功率密度60mW/cm2,X-Y分辨率为0.005mm,打印步数为0.2s/步),均匀的覆盖于零部件上,烘干后,得到表面含涂层的涡轮叶片。
将表面含涂层的零部件在300℃条件下进行排胶处理,然后在1100℃和10MPa下进行气压烧结,烧结气氛为氦气气氛,烧结时间为5h,得到含渗铝涂层的涡轮叶片。
Claims (7)
1.一种光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,包括有:氧化铝粉末、铬粉、铝硅合金粉、碳化硼粉末和氯化铵粉末,其质量比为(18~54):(1~3):(48~54):(0.5~3):(0.2~0.4);
所述的光固化用航空发动机渗铝料浆还包括有粘结剂、光引发剂和稀释剂,粘结剂的添加量为粉末总质量的1.5~2.5%,光引发剂的添加量为粉末总质量10~20%;稀释剂的添加量为粉末总质量8~10%;
所述粘结剂为丙烯酸、三羟甲基丙三丙烯酸、1.4-己二醇二丙烯酸中的一种或多种;光引发剂为C26H27O3、C19H21O2中的一种或两种;稀释剂为己三醇丙烯酸酯、1.8-已二醇三丙烯酸酯中的一种或两种;
所述的光固化用航空发动机渗铝料浆制备渗铝涂层的方法,包括以下步骤:
1)制备航空发动机的零件:准备航空发动机零件粉末,采用光固化技配套设备进行零件设计,并制备得到航空发动机的零件;
2)初级料浆的制备:将氧化铝粉、铝硅合金粉、铬粉和氯化铵按照设定的质量比进行球磨混合,得到混合粉末;接着将混合粉末在惰性气氛下进行煅烧,煅烧完毕后,自然冷却,得到煅烧粉末;向煅烧粉末中加入碳化硼粉末,球磨混匀,然后加入粘结剂,进行滚筒混合,得到初级浆料;
3)浆料的制备:向步骤2)中的初级浆料中加入光固化剂和稀释剂,滚筒混合后,得到浆料;
4)渗铝涂层的制备:将步骤3)中的浆料通过光固化设备均匀的在步骤1)中的航空发动机的零件上光固化打印一层渗铝涂层,烘干后,得到含涂层的零件;
5)涂层的后处理:将步骤4)中含涂层的零件进行排胶处理,然后进行气压烧结,得到含渗铝涂层的零件。
2.根据权利要求1所述的光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,所述的铝硅合金粉末为Al3.21Si0.47。
3.根据权利要求1所述的光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,所述步骤1)中,光固化制备零件的工艺参数为功率密度50~80mW/cm2,X-Y分辨率为0.01~0.05mm,打印步数为0.2~0.5s/步。
4.根据权利要求1所述的光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,所述步骤2)中,惰性气氛为氩气气氛,煅烧温度为650~750℃,煅烧时间为4~6h;球磨混匀时间为7~10h;滚筒混合的转速为170~200r/min,混合时间为3~4h。
5.根据权利要求1所述的光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,所述步骤3)中,滚筒混合的转速为110~130r/min,混合时间为2~3h。
6.根据权利要求1所述的光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,所述步骤4)中,光固化的工艺参数为:功率密度50~80mW/cm2,X-Y分辨率为0.005~0.01mm,打印步数为0.1~0.2s/步。
7.根据权利要求1所述的光固化用航空发动机渗铝料浆,其特征在于,所述步骤5)中,排胶温度为200~300℃,排胶气氛为氦气气氛;气压烧结温度为1100~1200℃,压力为10~20MPa,气氛为氦气,烧结时间为4~5h。
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GR01 | Patent grant | ||
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