【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于航空發(fā)動機涂層，具體涉及一種渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層及制備方法。
技術介紹
1、低輻射特征是先進飛機的標志性技術指標，航空發(fā)動機是飛機的動力來源，同時也是其最大的輻射源，占到了90%以上。其紅外輻射能量來自于發(fā)動機后段高溫固體（如噴管、加力燃燒室、低壓渦輪等）壁面和高溫尾噴流的輻射以及二者形成的腔體輻射，主要集中在3μm-5μm波長范圍內，是紅外制導導彈的主要跟蹤目標波段。由于高空背景干凈、環(huán)境溫度較發(fā)動機溫度低很多，發(fā)動機輻射特征在天空背景中顯得異常明顯。渦輪葉片作為后視可見零部件，是航空發(fā)動機的主要輻射信號源。為了同時滿足渦輪葉片對抗氧化腐蝕和低輻射信號特征需求，其表面需涂覆耐腐蝕與低特征一體化涂層。該涂層具有對目標外形適應性強和對裝備機動性能影響小等特點，是航空發(fā)動機機實現(xiàn)低輻射目標特征的關鍵技術。
2、另一方面，渦輪工作葉片服役環(huán)境惡劣，需承受離心載荷、高溫高速燃氣載荷等作用，單靠合金基體已無法滿足服役工況要求。為了提高零部件的服役壽命和可靠性，其表面無一例外地施加防護涂層。現(xiàn)有渦輪葉片耐腐蝕涂層采取硅改性鋁化物涂層。硅改性鋁化物涂層有優(yōu)異的抗高溫氧化腐蝕性能，在航空發(fā)動機低壓渦輪葉片表面得到了廣泛應用。目前該類涂層采用料漿法制備，即將由鋁、硅或鋁硅合金粉加液態(tài)有機/無機鹽作為粘結劑及活化劑組成的料漿采用空氣噴涂工藝涂覆在葉片表面，然后進行烘干、高溫擴散處理后制備出鋁硅涂層。該法制備的料漿儲存期一般不超過1年，往往現(xiàn)配現(xiàn)用。國內外鋁硅料漿典型牌號有sermaloy?j、wl-1、sk
3、目前渦輪葉片耐腐蝕與低特征一體化涂層由多層涂層組成，首先采用料漿工藝制備鋁硅涂層，然后采用磁控濺射工藝或空氣噴涂制備由與鋁硅涂層匹配的粘結層、阻止擴散的氧化物中間層和低輻射信號貴金屬面層組成的低輻射特征涂層，工序間需來回周轉，生產過程中容易造成界面污染問題，在短時服役時即出現(xiàn)涂層剝落現(xiàn)象，影響涂層的可靠性和低目標特征。此外，貴金屬面層抗磨損性能差，服役過程中容易發(fā)生刮擦損傷。
4、綜合以上可以看出，渦輪葉片表面涂層需同時具備耐蝕和低目標特征功能。高溫高速燃氣沖刷、熱負荷、轉速極端多變的工作狀態(tài)及復雜惡劣的工作環(huán)境以及長壽命、高可靠性要求，給低渦葉片耐蝕低目標特征一體化涂層的應用帶來巨大難度和挑戰(zhàn)。
技術實現(xiàn)思路
1、基于上述問題，本專利技術的目的在于提供一種渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層及制備方法，該涂層全采用多弧離子鍍工藝制備，避免了頻繁出爐引起的界面污染，提高了涂層的可靠性和生產效率。
2、本專利技術采用的技術方案為：一種渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層，該涂層由具有低輻射特征的cr2alc低發(fā)射率面層和抗氧化腐蝕性能的alsi金屬粘結底層組成，所述alsi金屬粘結底層的厚度為20μm~40μm，cr2alc低發(fā)射率面層的厚度為4μm~8μm；
3、上述涂層制作方法，包括以下步驟：
4、步驟1：對渦輪葉片進行濕吹砂預處理，濕吹砂后用強水流去除渦輪葉片表面殘余的氧化鋁顆粒；
5、步驟2：對渦輪葉片進行超聲波清洗，然后吹干；
6、步驟3：使用酒精丙酮混合溶液對渦輪葉片浸洗，然后吹干；
7、步驟4：采用多弧離子鍍工藝制備alsi金屬粘結底層和cr2alc低發(fā)射率面層，具體包括以下步驟：
8、步驟4.1：使用具有旋轉功能的涂覆工裝將渦輪葉片放入多弧離子鍍設備中；
9、步驟4.2：抽真空并對渦輪葉片進行加熱；
10、步驟4.4：進行alsi涂層的沉積；
11、步驟4.5：進行cr2alc涂層的沉積；
12、步驟5：對渦輪葉片進行真空退火。
13、本專利技術的有益效果：涂層工藝簡單，僅由兩層組成，單爐即可實現(xiàn)涂層沉積，而現(xiàn)有技術為四層結構，制備過程中需頻繁出爐影響涂層工藝的可靠性。此外，涂層低發(fā)射率面層為陶瓷層，較現(xiàn)有貴金屬面層耐磨性更優(yōu)，實現(xiàn)長壽命服役。
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1.一種渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層，其特征在于，所述涂層由具有低輻射特征的Cr2AlC低發(fā)射率面層和抗氧化腐蝕性能的AlSi金屬粘結底層組成，所述AlSi金屬粘結底層的厚度為20μm~40μm，Cr2AlC低發(fā)射率面層的厚度為4μm~8μm。
2.一種權利要求1所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟1中濕吹砂的具體工藝參數(shù)包括：180#~250#白剛玉、0.25MPa~0.35MPa風壓、水壓大于0.2MPa，吹砂距離180?mm?~350mm，角度為60°~90°。
4.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟2中，超聲波清洗的溶液為去離子水，頻率F=20kHz，輸出電壓U=320V~370V，清洗時間：10?min~15min。
5.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟3中，酒精丙酮混合
6.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟4.2中，當真空度≤3×10-3Pa且渦輪葉片的溫度達到200℃~250℃時停止。
7.根據(jù)權利要求3所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟4.3中氬離子清理的具體參數(shù)為：偏壓=-600V~-800V，氬離子流量=500sccm~800sccm，光柵角度=5°~10°，真空室壓力：2Pa~4Pa，占空比=40%，清理時間為3min~5min。
8.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟4.4中，AlSi靶材成分為Al-9w.t.%Si，通入He作為工作氣體，通過調節(jié)氣體流量將真空室壓力控制在3Pa~6Pa，待真空室壓力穩(wěn)定后，在偏壓為-450V~-500V，占空比=50%~60%，弧電流為180A~200A，葉件輻照功率8.5×104W~9.5×104W，沉積40min~50min后關閉弧源、偏壓和He。
9.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟4.5包括：利用渦輪葉片專用涂覆裝置將渦輪葉片旋轉至Cr2AlC靶材正前方，通入高純Ar氣，通過調節(jié)氣體流量將真空室壓力控制在0.3Pa~0.6Pa，待真空室壓力穩(wěn)定后，在偏壓為-100V~-300V，占空比=20%~40%，弧電流為180A~200A，沉積60min~120min后依次關閉弧源、偏壓、氣閥，待真空室內溫度下降至100℃以下，取出葉片。
10.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟5包括：將取出的渦輪葉片放入剛玉坩堝中，一件一罐，蓋上剛玉蓋子，放入真空退火爐中進行870℃保溫2h~4h晶化退火處理，升溫速率應控制在8℃/min~12℃/min，隨爐冷卻，當爐溫降至200℃以下時打開爐門取出葉片。
...【技術特征摘要】
1.一種渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層，其特征在于，所述涂層由具有低輻射特征的cr2alc低發(fā)射率面層和抗氧化腐蝕性能的alsi金屬粘結底層組成，所述alsi金屬粘結底層的厚度為20μm~40μm，cr2alc低發(fā)射率面層的厚度為4μm~8μm。
2.一種權利要求1所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟1中濕吹砂的具體工藝參數(shù)包括：180#~250#白剛玉、0.25mpa~0.35mpa風壓、水壓大于0.2mpa，吹砂距離180?mm?~350mm，角度為60°~90°。
4.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟2中，超聲波清洗的溶液為去離子水，頻率f=20khz，輸出電壓u=320v~370v，清洗時間：10?min~15min。
5.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟3中，酒精丙酮混合溶液中酒精與丙酮的質量比為3:1，所述酒精丙酮混合應完全覆蓋工件，浸洗時間：10min~20min；
6.根據(jù)權利要求2所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟4.2中，當真空度≤3×10-3pa且渦輪葉片的溫度達到200℃~250℃時停止。
7.根據(jù)權利要求3所述的渦輪葉片耐腐蝕與低輻射特征一體化涂層的制作方法，其特征在于，所述步驟4.3中氬離子清理...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：程玉賢，王文豐，秦秀秀，梁瑩，李浩宇，
申請(專利權)人：中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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