CN115637400A - 一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐磨防护涂层技术领域，具体涉及一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片及其制备方法，方法包括以下步骤：（1）通过超音速火焰喷涂工艺在喷距为300‑400mm的条件下，将MCrAlY合金粉喷涂到钛合金叶尖基底表面，得到表面具有MCrAlY层的钛合金叶片叶尖；其中M为Ni或NiCo；（2）再在4‑10A/dm2电流密度下进行预镀镍；（3）然后置于瓦特液中，并使磨料颗粒覆盖在步骤（2）所得的钛合金叶片叶尖表面，之后在0.5‑2A/dm2电流密度下进行复合电镀。本发明方法采用超音速火焰喷涂工艺与大电流预镀镍、复合电镀相结合，在钛合金叶片叶尖上制备了高结合力耐磨防护涂层，其耐磨性能好。

Description

一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片及其制备方法
技术领域
本发明属于耐磨防护涂层技术领域，具体涉及一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片及其制备方法。
背景技术
钛合金具有强度高、重量轻的优势，在航空发动机中大量应用。钛合金叶片在高温高速工况服役，极易与机匣发生高速碰磨并产生大量摩擦热，在高氧分压和高温工况下，钛合金会发生不可抑制的燃烧，可在5-10s内烧毁叶片和机匣，造成灾难性事故。为了减少钛火事故发生，在钛合金叶片叶尖制备带有硬质磨料颗粒的耐磨防护涂层，利用磨料颗粒的棱角赋予叶片叶尖切削刀具特性，从而较小摩擦阻力、降低摩擦热，有效防止钛火产生。
由于钛合金表面极易形成疏松氧化膜，即使镀前去除氧化膜，也会迅速在空气或镀液中再次形成氧化膜层，影响镀层与基体结合力。因此，单独采用传统复合电镀工艺难以将带有硬质磨料颗粒的复合镀层与钛合金基体进行高强度有效结合，从而导致钛合金叶尖耐磨防护涂层易对磨脱落。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的钛合金叶尖耐磨防护涂层结合力弱而易对磨脱落的缺陷，提供一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片及其制备方法，该方法采用超音速火焰喷涂工艺与大电流预镀镍、复合电镀相结合，在钛合金叶片叶尖上制备了高结合力耐磨防护涂层，其耐磨性能好。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过超音速火焰喷涂工艺在喷距为300-400mm的条件下，将MCrAlY合金粉喷涂到钛合金叶尖基底表面，得到表面具有MCrAlY层的钛合金叶片叶尖；其中M为Ni或NiCo；
（2）再在4-10A/dm2电流密度下进行预镀镍；
（3）然后置于瓦特液中，并使磨料颗粒覆盖在步骤（2）所得的钛合金叶片叶尖表面，之后在0.5-2A/dm2电流密度下进行复合电镀。
在一些优选实施方式中，步骤（1）中，MCrAlY层的厚度为10-100μm。
在一些优选实施方式中，所述MCrAlY合金粉的粒径范围为270-500μm。
在一些优选实施方式中，所述超音速火焰喷涂工艺的条件包括：送粉量为40-60g/min，煤油流量为16-30L/min、优选20-30L/min，氧气流量为600-1000L/min、优选800-1000L/min。
在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：在步骤（1）中，先对钛合金叶尖基底进行任选的清洗，然后进行吹砂处理，再进行所述超音速火焰喷涂工艺。
更优选地，所述吹砂处理的过程包括：在压缩空气作用下，用无机化合物颗粒进行吹砂，其中，压缩空气的气压为0.5-1bar，单件叶片叶尖的吹砂时间为5-10s，无机化合物颗粒为24#-60#砂粒，无机化合物颗粒为氧化铝和/或碳化硅颗粒。
更优选地，所述清洗的过程包括：将钛合金叶片叶尖用有机溶剂超声清洗5-10min，随后用水超声清洗3-5min，并进行烘干。
在一些优选实施方式中，步骤（2）中，所述预镀镍的时间为2-6min。
在一些优选实施方式中，步骤（2）中，所述预镀镍中采用的预镀液含有氯化镍80-160g/L、优选120-160g/L，硼酸20-40g/L、优选36-40g/L，以及可选的盐酸0-100mL/L，其中盐酸中HCl的含量为30-40 wt%。
在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述复合电镀的时间为0.5-3h；所述瓦特液中含有硫酸镍280-350g/L，氯化镍40-150g/L，硼酸36-40g/L。
在一些优选实施方式中，步骤（3）形成的复合镀层的厚度为5-30μm。
在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述磨料颗粒选自立方氮化硼、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
本发明优选地，磨料颗粒的粒径为50-300μm。
在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：（4）在步骤（3）的复合电镀完成后，去除未被固定的多余磨料颗粒；然后通过电镀的方法，在已固定的磨料颗粒之间填充单元金属或多元金属的加厚镀层。
更优选地，其中加厚镀层的厚度为20-200μm。
更优选地，所述电镀采用的电镀液中含硫酸镍280-350g/L，氯化镍40-150g/L，硼酸36-40g/L。
更优选地，所述电镀的条件包括：电流密度为1.5-2A/dm2，电镀时间为1-4h。
第二方面，本发明提供一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片，所述耐磨防护涂层包括依次结合在钛合金叶尖基底表面的MCrAlY层、金属-磨料复合镀层，其中M为Ni或NiCo；所述金属-磨料复合镀层包括镍镀层和至少部分分散在镍镀层内的磨料颗粒。
在一些优选实施方式中，所述MCrAlY层的厚度为10-100μm，金属-磨料复合镀层的厚度为5-300μm。
在一些优选实施方式中，通过胶粘-拉伸试验测试，所述耐磨防护涂层与钛合金叶尖基底之间的结合强度大于65MPa；且，在与硬度值HR15Y为80-85的氧化锆喷涂涂层外环块刮削对磨测试中，在环境温度为600℃，线速度为350m/s，对磨时径向相对运动速度为50μm/s，径向对磨深度为500μm的条件下，钛合金叶片叶尖上的耐磨防护涂层的厚度减小量小于0.01mm。
在一些优选实施方式中，其通过第一方面所述的方法制备得到。
本发明提供的制备方法，先在钛合金叶尖基底表面形成MCrAlY层，然后采用4-10A/dm2大电流密度快速预镀镍，更利于使后续复合电镀形成的复合镍层与MCrAlY层获得更高的结合强度（＞150MPa），因为大电流可使得H+离子富集在阴极MCrAlY层表面并清洁表面氧化膜等杂质，且预镀镍中可高效电解传质，保证大电流下的镀层沉积；从而能显著提升钛合金叶尖基底表面防护涂层的结合力、增加钛合金叶片叶尖的耐磨性，与阻燃可磨耗封严涂层外环块匹配使用可有效避免钛合金叶片碰磨产生钛火的风险，对提高航空发动机运行可靠性具有重要意义。
本发明的具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片，耐磨防护涂层与钛合金叶尖基体的结合强度＞65MPa，在600℃以下的温度环境中可长时间稳定存在。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1的TC4钛合金模拟叶尖高结合力耐磨防护涂层剖面显微组织。
图2是本发明实施例1的TC4钛合金模拟叶尖高结合力耐磨防护涂层表面显微形貌。
图3是本发明实施例1的具有高结合力耐磨防护涂层的TC4钛合金模拟叶片外观。
图4是本发明实施例1中所得耐磨防护涂层与钛合金模拟叶片结合的外观效果图。
图5是对比例1制备的叶尖涂层与钛合金叶尖基底之间的界面显微图像。
图6是对比例2中钛合金叶尖涂层的剥落图片。
图7是对比例3中钛合金叶尖涂层的脱落图片。
图8是实施例1中对磨测试后的外观图片，其中图中左侧为对磨后实施例1的钛合金叶片叶尖涂层外观，右侧为对磨后氧化锆涂层外观。
图9是对比例1中对磨测试后的外观图片，其中图中左侧为对磨后对比例1的钛合金叶片叶尖涂层外观，右侧为对磨后氧化锆涂层外观。
附图标记说明
1、cBN磨料颗粒，2、Ni粘结层，3、NiCoCrAlY底层，4、TC4钛合金基体。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供了一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过超音速火焰喷涂工艺在喷距为300-400mm的条件下，将MCrAlY合金粉喷涂到钛合金叶尖基底表面，得到表面具有MCrAlY层的钛合金叶片叶尖；其中M为Ni或NiCo；
（2）再在4-10A/dm2电流密度下进行预镀镍；
（3）然后置于瓦特液中，并使磨料颗粒覆盖在步骤（2）所得的钛合金叶片叶尖表面，之后在0.5-2A/dm2电流密度下进行复合电镀。
本发明先通过超音速火焰喷涂工艺喷涂MCrAlY合金粉在钛合金叶尖基底表面，利于后续磨料颗粒的复合电镀，稳定性好，结合力高。
步骤（1）中，本发明MCrAlY合金粉中各合金元素的含量比，本领域技术人员可以根据基底硬度、抗氧化性、耐腐蚀性等实际需求确定，一般地，MCrAlY合金粉中Cr的含量为24-26.5wt%，Al的含量为5.5-8.0wt%，Y的含量为0.35-0.85wt%，余量为M。在M为NiCo时，优选地，MCrAlY合金粉中Co的含量为20-24wt%。
在一些优选实施方式中，步骤（1）中，MCrAlY层的厚度为10-100μm。
本发明所述超音速火焰喷涂工艺使得MCrAlY合金粉与钛合金叶尖基底能在较低温度的工艺条件下进行物理冶金结合，在获得高结合力的同时规避钛合金不耐高温的缺陷，所获得的MCrAlY层与钛合金叶尖基底的结合强度＞65MPa。
在一些优选实施方式中，所述MCrAlY合金粉的粒径范围为270-500μm。该优选方案下，MCrAlY合金粉的粉末粒径能使得在喷涂时合金粉处于充分的熔化状态，同时使得熔化液具有适宜高的流动性，既更利于实现快速喷涂，提高熔化液与基底的结合力，又不会对设备管路造成堵塞。
所述喷距为300-400mm例如可以为300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400mm等，优选为320-400mm。
在一些优选实施方式中，所述超音速火焰喷涂工艺的条件包括：送粉量为40-60g/min、优选40-50g/min，煤油流量为16-30L/min，氧气流量为600-1000L/min。
更优选地，所述超音速火焰喷涂工艺的条件包括：送粉量为40-60g/min，煤油流量为20-30L/min，氧气流量为800-1000L/min。在本发明的优选方案下，适宜流量的氧气和煤油相互配合能使火焰温度达到合适范围，使MCrAlY合金粉充分熔化，配合适宜的喷距和送粉量，能够在使得钛合金基体温度适宜的条件下，将MCrAlY合金喷涂送至喷涂火焰焰流中心并形成集中的熔融粉末喷射角度，保证能量集中，喷涂速率快，粒子熔化完全，涂层结合力高，更利于增强MCrAlY层与基底结合力。
所述煤油流量为20-30L/min，例如可以为20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30L/min等。
所述氧气流量为800-1000L/min，例如可以为800、820、850、880、900、920、950、960、980、1000L/min等。
本领域技术人员可以根据所需送粉量选择送粉载气及其流量，只要能实现送粉且不影响喷涂即可；示例性的，送粉载气流量为5-20L/min，送粉载气可以为氮气、氩气等保护性气体。
本领域技术人员可以根据所需喷涂MCrAlY层的厚度以及超音速火焰喷涂工艺的工艺参数选择喷涂的时间。优选地，喷涂时间为10-30s。
在本发明的超音速火焰喷涂工艺中，整个过程基底温度≤150℃，不会影响钛合金叶片组织、性能。
在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：在步骤（1）中，先对钛合金叶尖基底进行任选的清洗，然后进行吹砂处理，再进行所述超音速火焰喷涂工艺。
更优选地，所述吹砂处理的过程包括：在压缩空气作用下，用无机化合物颗粒进行吹砂，钛合金叶尖表面各部位吹砂痕迹均匀即可。
其中，进一步优选地，压缩空气的气压为0.5-1bar。
进一步优选地，单件叶片叶尖的吹砂时间为5-10s。
进一步优选地，无机化合物颗粒为24#-60#砂粒。本发明的优选方案下，吹砂所用砂的粒径能使得钛合金叶尖基底表面具有适宜的粗糙度，更利于增强MCrAlY层与钛合金叶尖基底的结合强度，进而提高耐磨防护涂层整体与钛合金叶尖基底的结合强度。
进一步优选地，所述无机化合物颗粒为氧化铝和/或碳化硅颗粒。
更优选地，所述清洗的过程包括：将钛合金叶片叶尖用有机溶剂超声清洗5-10min，随后用水超声清洗3-5min，并进行烘干。所述有机溶剂优选为无水乙醇或丙酮。
在一些优选实施方式中，步骤（2）中，所述预镀镍的时间为2-6min。
步骤（2）中，优选地，预镀镍中采用的预镀液含有氯化镍和硼酸以及可选的盐酸。在一些优选实施方式中，所述预镀镍中采用的预镀液含有氯化镍80-160g/L，硼酸20-40g/L。
所述氯化镍80-160g/L，例如可以为80、90、100、110、120、130、140、150、160g/L等。
所述硼酸20-40g/L，例如可以20、25、30、35、36、37、38、39、40g/L等。
在一些更优选实施方式中，所述预镀镍中采用的预镀液含有氯化镍120-160g/L，硼酸36-40g/L。在本发明的优选方案下，更利于提升涂层与钛合金叶尖基底的结合力，增强耐磨性。
更优选地，所述预镀镍中采用的预镀液还含有可选的盐酸0-100mL/L，其中盐酸中HCl的含量为30-40 wt%。可以理解的是，此处盐酸是指HCl的水溶液。
步骤（2）中，在所述预镀镍之后，本领域技术人员可以根据实际需求进行任选的清洗。优选地，步骤（2）中还包括：在所述预镀镍之后，用去离子水冲洗。
步骤（3）中，所述磨料颗粒足量的全覆盖在步骤（2）所得的钛合金叶片叶尖表面，用于在复合电镀中，实现磨料颗粒的充分电镀且更密集的排列在钛合金叶片叶尖表面。
在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述复合电镀的时间为0.5-3h。
在一些优选实施方式中，所述瓦特液中含有硫酸镍280-350g/L，氯化镍40-150g/L，硼酸36-40g/L。该优选方案下，氯化镍更利于高效电解传质，提升复合电镀层的结合力。
在一些优选实施方式中，步骤（3）形成的复合镀层的厚度为5-30μm。
在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述磨料颗粒选自立方氮化硼（cBN）、氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）中的至少一种。
本发明优选地，磨料颗粒的粒径为50-300μm。
在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：（4）在步骤（3）的复合电镀完成后，去除未被固定的多余磨料颗粒；然后通过电镀的方法，在已固定的磨料颗粒之间填充单元金属或多元金属的加厚镀层。该优选方案下，加厚镀层能确保对硬质磨料颗粒的牢固嵌合。
更优选地，所述加厚镀层的厚度为20-200μm。此处的加厚镀层的厚度仅为固定磨料颗粒后的加厚电镀步骤中生长的厚度，不包括复合镀层的厚度。
本领域技术人员可以根据实际需求选择所述电镀的电镀液和条件。应当理解的是，所述电镀的方法包括：将复合电镀后得到的钛合金叶尖置于电镀液中进行电镀。
更优选地，所述电镀采用的电镀液中含硫酸镍280-350g/L，氯化镍40-150g/L，硼酸36-40g/L；或者电镀液中含硫酸镍300-400g/L，硫酸钴50-150g/L，硼酸36-40g/L。
更优选地，所述电镀的条件包括：电流密度为1.5-2A/dm2，电镀时间为1-4h。
在一些优选实施方式中，所述去除未被固定的多余磨料颗粒通过去离子水冲洗去除未被固定的附着的松散多余磨料颗粒。
本领域技术人员可以根据需求选择所述加厚镀层中的单元金属或多元金属，例如可为镍、镍钴合金等。
第二方面，本发明提供一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片，所述耐磨防护涂层包括依次结合在钛合金叶尖基底表面的MCrAlY层、金属-磨料复合镀层，其中M为Ni或NiCo；所述金属-磨料复合镀层包括镍镀层和至少部分分散在镍镀层内的磨料颗粒。
可以理解的是，在所述金属-磨料复合镀层中，所述磨料颗粒可以有部分裸露，也即磨料颗粒的顶部沿镍镀层向外伸出而裸露在外。
在一些优选实施方式中，其通过第一方面所述的方法制备得到。
在一些优选实施方式中，所述MCrAlY层的厚度为10-100μm，金属-磨料复合镀层的厚度为5-300μm。应当理解的是，所述金属-磨料复合镀层包括前述第一方面中的复合镀层和加厚镀层，由于加厚镀层填充在磨料颗粒之间，故仍会有磨料颗粒顶部裸露在外。所述金属-磨料复合镀层的厚度是指从镍镀层底部至磨料颗粒裸露顶部之间的厚度。
在一些优选实施方式中，通过胶粘-拉伸试验测试，所述耐磨防护涂层与钛合金叶尖基底之间的结合强度大于65MPa（胶片粘接强度极限）。
在一些优选实施方式中，在与硬度值HR15Y为80-85的氧化锆喷涂涂层外环块刮削对磨测试中，在环境温度为600℃，线速度为350m/s，对磨时径向相对运动速度为50μm/s，径向对磨深度为500μm的条件下，钛合金叶片叶尖上的耐磨防护涂层的厚度减小量小于0.01mm。本发明中，氧化锆喷涂涂层是指氧化锆喷涂在转子外环块上，转子外环块为压气机部分的一个重要零件，是转子叶片叶尖碰磨的对象。
应当理解的是，所述径向相对运动速度、径向对磨深度可以为，钛合金叶片叶尖在径向上向氧化锆喷涂涂层进行预设速度的相对运动，并运动至预设对磨深度；还可以为，氧化锆喷涂涂层在径向上向钛合金叶片叶尖进行预设速度的相对运动，并运动至预设对磨深度。优选前者。
本发明的具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片，可应用于航空发动机压气机部位钛合金叶片，用于防止钛合金叶片在高温、高氧分压工况下碰磨产生钛火燃烧的事故发生，并与阻燃封严涂层对磨匹配使用提升航空发动机封严性能。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细阐述。其中，平均结合强度是指三次测量值的平均值。
实施例1
本实施例是在宽2mm、长25mm钛合金模拟叶尖型面上制备高结合力叶尖耐磨防护涂层，钛合金牌号为：TC4。制备步骤如下：
1、将TC4钛合金模拟叶尖型面浸入丙酮中超声清洗5min，随后将模拟叶尖型面浸入去离子水中超声清洗3min并取出烘干。
2、用40#氧化铝颗粒在0.6 bar空气压力下对单件TC4钛合金模拟叶尖型面进行吹砂处理10s，确保模拟叶尖表面各部位吹砂痕迹均匀。
3、在超音速火焰喷涂设备的送粉器内加入300g NiCoCrAlY粉末，粉末粒径范围为270-500μm，粉末成分为Co 20-24wt%、Cr 24-26.5wt%、Al 5.5-8.0wt%、Y 0.35-0.85wt%、Ni余量。超音速火焰喷涂参数为氧气900L/min、煤油24L/min、喷距380mm、送粉载气（氩气）9L/min、送粉量40g/min，在TC4钛合金模拟叶尖表面喷涂约20μm厚NiCoCrAlY底层。
4、将喷涂后TC4钛合金模拟叶尖置入含氯化镍120g/L、硼酸40g/L的镀液中，在6A/dm2电流密度下进行预镀镍4min，随后取出并用去离子水冲洗干净。
5、将TC4钛合金模拟叶尖置入含硫酸镍300g/L、氯化镍50g/L、硼酸36g/L的镀液中，在叶尖表面平铺覆盖足量粒度为140-170目的cBN磨料颗粒，目视无叶尖裸露，在0.5A/dm2电流密度下复合电镀1.5h，随后用去离子水冲洗叶尖表面，去除未粘结的cBN颗粒。形成的粘结cBN颗粒的镍复合镀层厚度约为15μm。
6、将TC4钛合金模拟叶尖置入含硫酸镍300g/L、氯化镍50g/L、硼酸36g/L的镀液中，在1.5A/dm2电流密度下电镀2h，形成的加厚镀层的镍镀层厚度约为60μm，使Ni镀层生长填充磨料颗粒之间间隙，得到带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖。其中，复合镀层和加厚镀层构成的金属-磨料复合镀层的总厚度约为80μm，由于磨料颗粒顶端是裸露出来的，故总厚度是高于加厚镀层和复合镀层厚度之和的。
本实施例最终制备的钛合金叶片叶尖涂层，其剖面显微组织如图1所示，由上到下依次为金属-磨料复合镀层（包括cBN磨料颗粒1和Ni粘结层2），NiCoCrAlY底层3，TC4钛合金基体4。其表面显微形貌如图2所示，带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖整体结构外观如图3所示。涂层和钛合金叶尖整体结合力良好，涂层完整无剥落，如图4所示。从图1-图4可以看出，本发明的方法在钛合金叶尖表面形成了高结合力耐磨防护涂层，结合力良好，涂层完整无剥落。
对于所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，采用HB5476标准进行胶粘-拉伸试验测试，涂层结合强度均大于胶片结合强度，结合强度＞70MPa。并将所得钛合金叶尖耐磨涂层与现有技术中硬度值HR15Y为80-85的钛合金叶尖多孔氧化锆涂层在350m/s线速度、600℃环境温度、叶尖进给速度50μm/s、进给深度500μm条件下对磨，磨损量（即厚度减小量）＜0.01mm。其对磨测试后的外观如图8所示，其中图中左侧为对磨后钛合金叶片叶尖涂层外观，右侧为对磨后氧化锆涂层外观。
实施例2
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤3中，超音速火焰喷涂参数中部分参数不同，具体为：氧气1000L/min、煤油30L/min。
所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，其形貌、显微组织与实施例1类似，涂层完整无剥落。
并进行相应的测试，测得的结合强度＞70MPa。磨损量＜0.01mm。
实施例3
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤3中，超音速火焰喷涂参数中部分参数不同，具体为：喷距300mm。
所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，其形貌、显微组织与实施例1类似，涂层完整无剥落。
并进行相应的测试，测得的平均结合强度为65MPa。磨损量＜0.01mm。
实施例4
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤4中，预镀镍的电流密度为9A/dm2。
所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，其形貌、显微组织与实施例1类似，涂层完整无剥落。
并进行相应的测试，测得的结合强度＞70MPa。磨损量＜0.01mm。
实施例5
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤4中，预镀镍的预镀液组成为氯化镍160g/L、硼酸36g/L、盐酸（36 wt.%）100ml/L。
所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，其形貌、显微组织与实施例1类似，涂层完整无剥落。
并进行相应的测试，测得的结合强度＞70MPa。磨损量＜0.01mm。
实施例6
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤3中，超音速火焰喷涂参数中部分参数不同，具体为：氧气600L/min、煤油16L/min。
所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，其形貌、显微组织与实施例1类似，涂层完整无剥落。
并进行相应的测试，测得的平均结合强度为37MPa。磨损量为0.10mm。
实施例7
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤4中，预镀镍的预镀液组成为氯化镍80g/L、硼酸20g/L。
所得带有耐磨防护涂层的钛合金叶片叶尖，其形貌、显微组织与实施例1类似，涂层完整无剥落。
并进行相应的测试，测得的平均结合强度为36MPa。磨损量为0.14mm。
对比例1
将钛合金叶尖部分浸泡在含磷酸三钠50g/L、氟化钠20g/L、氢氟酸25ml/L的溶液中3min，温度为室温，发生化学反应生成氟化物，在钛合金叶尖基底表面形成过渡层；然后按照实施例1的步骤5-6进行，以粘附cBN颗粒。其中所得叶尖涂层与钛合金叶尖基底之间的界面显微图像如图5所示，可以看出，基底与其上的涂层截面有裂纹形成。
并进行实施例1相应的测试，测得的平均结合强度为29MPa。磨损量为0.35mm。其对磨测试后的外观如图9所示，其中图中左侧为对磨后对比例1的钛合金叶片叶尖涂层外观，右侧为对磨后氧化锆涂层外观。可以看出其钛合金叶尖涂层的磨损明显比实施例1更严重。
对比例2
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤4中，预镀镍中电流密度为2A/dm2。
本对比例中，由于步骤4中预镀镍的电流密度过低，导致Ni-cBN复合镀层无法与超音速火焰喷涂的NiCoCrAlY涂层形成牢固结合力，二者间结合强度＜10 MPa。本对比例的涂层结合力差，叶尖边缘涂层易起皮、剥落，如图6所示。
对比例3
参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤3中，超音速火焰喷涂中喷距为500mm。
本对比例，喷距过大导致熔融的NiCoCrAlY颗粒飞行到钛合金叶尖基底表面时降温过大，颗粒熔化状态已不是最佳状态，颗粒无法与基体形成牢固结合力。最终制备的钛合金叶尖涂层结合力不足，叶尖边缘涂层结合力无法抵抗镀层压应力作用发生脱落现象，如图7中画圈地方所示。
通过上述结果可以看出，采用本发明实施例的方案，所获得的带有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片，其涂层结合力强，无裂纹、无剥落、起皮等脱落现象，耐磨性能优异，磨损量更小。而采用常规涂层的对比例1，涂层截面有裂纹，结合力弱，磨损严重。采用不在本发明技术方案范围内的对比例2-3，无法达到本发明的技术效果。
进一步的，根据实施例1和实施例3可以看出，采用本发明优选喷距的技术方案，涂层的结合力更强。根据实施例1和实施例6-7可以看出，采用本发明优选超音速火焰喷涂参数的技术方案，或者采用优选预镀液的技术方案，涂层的结合力更强，耐磨性能更优。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过超音速火焰喷涂工艺在喷距为300-400mm的条件下，将MCrAlY合金粉喷涂到钛合金叶尖基底表面，得到表面具有MCrAlY层的钛合金叶片叶尖；其中M为Ni或NiCo；
（2）再在4-10A/dm2电流密度下进行预镀镍；
（3）然后置于瓦特液中，并使磨料颗粒覆盖在步骤（2）所得的钛合金叶片叶尖表面，之后在0.5-2A/dm2电流密度下进行复合电镀。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，MCrAlY层的厚度为10-100μm；和/或，所述MCrAlY合金粉的粒径范围为270-500μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤（1）中，所述超音速火焰喷涂工艺的条件包括：送粉量为40-60g/min，煤油流量为16-30L/min，氧气流量为600-1000L/min；
和/或，步骤（2）中，所述预镀镍的时间为2-6min，所述预镀镍中采用的预镀液含有氯化镍80-160g/L，硼酸20-40g/L，以及可选的盐酸0-100mL/L，其中盐酸中HCl的含量为30-40wt%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤（1）中，所述超音速火焰喷涂工艺的条件包括：送粉量为40-60g/min，煤油流量为20-30L/min，氧气流量为800-1000L/min；
和/或，步骤（2）中，所述预镀镍中采用的预镀液含有氯化镍120-160g/L，硼酸36-40g/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤（3）中，所述复合电镀的时间为0.5-3h；所述瓦特液中含有硫酸镍280-350g/L，氯化镍40-150g/L，硼酸36-40g/L；
和/或，步骤（3）形成的复合镀层的厚度为5-30μm；
和/或，步骤（3）中，所述磨料颗粒选自立方氮化硼、氧化铝、碳化硅中的至少一种，磨料颗粒的粒径为50-300μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：（4）在步骤（3）的复合电镀完成后，去除未被固定的多余磨料颗粒；然后通过电镀的方法，在已固定的磨料颗粒之间填充单元金属或多元金属的加厚镀层；其中加厚镀层的厚度为20-200μm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述电镀采用的电镀液中含硫酸镍280-350g/L，氯化镍40-150g/L，硼酸36-40g/L；或者电镀液中含硫酸镍300-400g/L，硫酸钴50-150g/L，硼酸36-40g/L；
和/或，所述电镀的条件包括：电流密度为1.5-2A/dm2，电镀时间为1-4h。
8.一种具有高结合力耐磨防护涂层的钛合金叶片，其特征在于，所述耐磨防护涂层包括依次结合在钛合金叶尖基底表面的MCrAlY层、金属-磨料复合镀层，其中M为Ni或NiCo；所述金属-磨料复合镀层包括镍镀层和至少部分分散在镍镀层内的磨料颗粒。
9.根据权利要求8所述的钛合金叶片，其特征在于，所述MCrAlY层的厚度为10-100μm，金属-磨料复合镀层的厚度为5-300μm；
和/或，通过胶粘-拉伸试验测试，所述耐磨防护涂层与钛合金叶尖基底之间的结合强度大于65MPa；且，在与硬度值HR15Y为80-85的氧化锆喷涂涂层外环块刮削对磨测试中，在环境温度为600℃，线速度为350m/s，对磨时径向相对运动速度为50μm/s，径向对磨深度为500μm的条件下，钛合金叶片叶尖上的耐磨防护涂层的厚度减小量小于0.01mm。
10.根据权利要求8或9所述的钛合金叶片，其特征在于，其通过权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到。
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