一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108486567A(43)申请公布日2018.09.04(21)申请号201810288217.5(22)申请日2018.04.03(71)申请人江西省科学院应用物理研究所地址330046江西省南昌市上坊路382号(72)发明人王德谢玉江王文琴王明生陈新贵迟长泰陆德平(74)专利代理机构南昌市平凡知识产权代理事务所36122代理人姚伯川(51)Int.Cl.C23C26/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法(57)摘要一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，所述方法以单晶高温合金涡轮叶片作为基材，以掺杂纳米陶瓷颗粒增强的抗氧化合金复合材料作为涂层材料，采用高能微弧火花沉积工艺制备与基材组织保持定向外延生长的纳米陶瓷颗粒增强耐磨涂层。本发明借助高能微弧火花沉积过程形成的高温度梯度、高冷却速度及接近一维单向快速凝固条件，使纳米陶瓷颗粒均匀分布于涂层中同时保持涂层组织的定向外延生长，获得良好的高温耐磨性，同时因极高的能量密度，涂层与单晶涡轮叶片界面处的热影响区宽度极窄，避免单晶基体的组织变化及热裂纹的产生。CN108486567ACN108486567A权利要求书1/1页1.一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述方法以单晶高温合金涡轮叶片作为基材，以掺杂纳米陶瓷颗粒增强的抗氧化合金复合材料作为涂层材料，采用高能微弧火花沉积工艺制备与基材组织保持定向外延生长的纳米陶瓷颗粒增强耐磨涂层；具体步骤如下：（1）制备纳米陶瓷颗粒增强的耐磨涂层复合材料电极；（2）采用高能微弧火花沉积设备在单晶高温合金涡轮叶片表面制备纳米陶瓷颗粒增强的耐磨涂层。2.根据权利要求1所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述耐磨涂层复合材料电极制备步骤如下：（1）将纳米级陶瓷颗粒以一定的比例加入到抗氧化合金粉末中，采用行星球磨机对混合粉末进行高能球磨，使纳米陶瓷颗粒与抗氧化合金均匀混合；（2）将混合后的粉末经过热等静压制备成致密性良好的复合材料合金块体；（3）在复合材料块体中采用线切割制备一定直径的棒料作为电极。3.根据权利要求1所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷颗粒增强的耐磨涂层制备步骤如下：（1）对单晶高温合金涡轮叶片叶尖表面进行打磨、丙酮或酒精清洗后作为基材接入负极，将纳米陶瓷颗粒增强复合材料电极接入正极；（2）设置相应的工艺参数后，可在火花放电的作用下将纳米陶瓷颗粒增强的复合材料熔化后喷射到单晶高温合金涡轮叶片叶尖表面形成沉积斑，快速凝固后形成具有冶金结合的涂层，其组织与单晶高温合金基材保持定向外延生长，纳米陶瓷颗粒在涂层中均匀分布。4.根据权利要求1所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述高能微弧火花沉积时工艺参数为电压40-120V，脉冲频率1-1000Hz，电容70-420μf,电极与基材相对移动速度0.5-6mm/s，电极与基材之间保持30°-80°的倾斜角度。5.根据权利要求2所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述纳米级陶瓷颗粒的粒径范围在30nm-100nm，陶瓷颗粒的重量比例为0.5%-30%，陶瓷颗粒为氧化物、氮化物或碳化物高硬度材料。6.根据权利要求2所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述行星球磨参数为转速100-600r/min，球磨时间为1-5小时。7.根据权利要求2所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述热等静压参数为加热温度1100-1400℃，压力10-100MPa,保压时间1-3小时。8.根据权利要求2所述一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述合金块体致密度为80%-99%，电极棒材直径为2-6mm。9.根据权利要求1所述的一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法，其特征在于，实现所述方法的装置包括行星球磨机、热等静压设备、线切割机、打磨机和高能微弧火花沉积设备；所述行星球磨机对混合合金粉末进行高能球磨；球磨好的混合合金粉末送热等静压设备进行高温热压成合金块体；合金块体经线切割机切割成所需要的电极；所述打磨机对需要处理的涡轮机叶片叶尖进行打磨清洗；以叶尖为负极，电极为正极，在高能微弧火花沉积设备上对叶尖进行火花沉积，在涡轮叶片叶尖表面形成纳米陶瓷颗粒增强的耐磨涂层。2CN108486567A说明书1/3页一种单晶涡轮叶片叶尖纳米颗粒增强耐磨涂层的制备方法[0001]技术领域[0002