【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机热端部件防护涂层，具体涉及一种带气膜孔火焰筒耐热涂层及其制备方法。
技术介绍
1、火焰筒作为航空发动机主燃烧室部件重要的组成零件之一，是组织燃油和空气混合并进行燃烧的重要场所，服役时承受高温高压燃气高速冲刷、高温辐射及高热应力，是发动机承受热负荷最高的零件之一。为了提高火焰筒的耐热能力，一方面零件基体材料采用承温能力更高的高温合金材料；另一方面在火焰筒壁打出大量密布带有复合倾角且直径很小的孔（约0.7～0.8mm）来形成连续的“气膜毯”，通过小孔进气抽吸冷侧气流边界层使得冷侧换热增强、密集分布的多斜孔使得换热面积增加、冷气出流后在热侧形成气膜保护等效应达到高效冷却的目的。
2、为了进一步提升火焰筒的承温能力，进一步在其表面涂覆热障涂层，该类涂层厚度一般为0.25 mm～0.35mm，通过热障涂层低导热系数特征阻隔高温燃气对高温合金基材的传导热，从而降低高温合金基材的温度。周知，热传递有热传导、对流和热辐射三种方式，现役热障涂层低发射率陶瓷层主要为7~8w.t% y2o3部分稳定的zro2（ysz），对波长1-5μm 范围内的红外线透过率达70%，即在发动机高温环境中热障涂层是透明或半透明的，热量一部分通过陶瓷材料的声子传热作用传递给金属基底，而另一部分以红外辐射透过涂层直接传递给金属基底。高温辐射与传导的耦合作用改变了低导热陶瓷涂层的导热机理，大幅度降低了涂层的隔热性能，从而无法阻隔热辐射对基材的加热作用，导致其隔热能力有限。此外，热障涂层由于厚度较厚（0.25 mm～0.35mm），涂覆过程
3、综上可以看出，带气膜孔火焰筒表面需涂覆耐热涂层，而现有热障涂层隔热能力有限且涂覆过程中影响零件气膜冷却效果，无法满足工程应用需求，迫切需要涂覆一种薄厚度且具备良好隔热性能的涂层及施工方便的制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种带气膜孔火焰筒耐热涂层及其制备方法，该涂层采用空气喷涂工艺结合大气烧结的方法制备，具有施工方便、厚度不影响气膜孔孔径大小且隔热效果良好特征。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，所述涂层由氧化物混合物粘结底层、扩散阻挡中间层和高反射率面层组成，涂层总厚度≤30μm；氧化物混合物粘结底层成分兼顾与高温合金基材热匹配原则、高温抗氧化性能和高温流动成膜性能、扩散阻挡中间层有效阻止高反射率面层和高温合金基材之间的互扩散、高反射率面层降低高温高速燃气辐射对火焰筒的加热。
4、进一步的，上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，氧化物混合物粘结底层的成分为sio2-15~20 w.t.%（al2o3+b2o3）- 3~6 w.t.%（k2o+na2o）-10~15 w.t.%（cao+sro）-8~15w.t.% （cr2o3+zro2），该成分记为a。
5、其中，sro作为氧化物中的助溶剂组元，保证粘结层与合金基体的界面高致密性和化学结合；sio2作为网络形成剂组元，其含量超过50%，保证粘结层高的热稳定性及抗氧化性能； k2o+na2o作为单价助溶剂组元和二价助溶剂氧化物cao+sro匹配，调控氧化物混合物的流动性，保证粘结层的烧结致密性，并能够与扩散阻挡层形成相互嵌合的界面过渡结构，提升界面结合力。
6、进一步的，上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，扩散阻挡中间层由al2o3、cr2o3共强化的氧化物混合物组成，其成分为a-10~15 w.t.% al2o3-2~5 w.t.% cr2o3，该成分记为b。
7、进一步的，上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，高反射率面层的成分为pt-55~85w.t.%ag+10 w.t.%a，该成分记为c。
8、上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层的制备方法，包括以下步骤：
9、步骤（1）、对零件非涂覆区域进行保护；
10、步骤（2）、对零件的待喷涂涂层区域采用36~80目白刚玉砂进行干吹砂处理；
11、步骤（3）、配置a粉末，其成分为sio2-15~20 w.t.%（al2o3+b2o3）- 3~6 w.t.%（k2o+na2o）-10~15 w.t.%（cao+sro）-8~15 w.t.% （cr2o3+zro2）；配置b粉末，其成分为a-10~15w.t.% al2o3-2~5 w.t.% cr2o3 ，配置c粉末，其成分为pt-55~85w.t.%ag+10 w.t.%a；
12、步骤（4）、按照1g a粉末20ml酒精、1g b粉末20ml酒精、1g c粉末30ml酒精的配置，将a、b、c粉末混入酒精，并置于超声波清洗仪中震荡并搅拌均匀至无粉末无沉淀，获得混合液a、混合液b、混合液c备用；
13、步骤（5）、按照每cm²零件表面0.5~0.55ml混合液a，每cm²零件表面0.25~0.3ml混合液b、每cm²零件表面2ml~3ml 混合液c的配置，采用压缩空气喷涂的方式，在零件表面依次喷涂形成氧化物混合物粘结底层、扩散阻挡中间层和高反射率面层，喷涂压力为0.1~0.2mpa，喷涂距离为100~200mm，喷涂过程中喷枪垂直于待喷涂表面；
14、步骤（6）、每层喷涂后室温干燥固化1~2h，然后装入真空炉中进行烧结，冷却后出炉；
15、步骤（7）、采用800#金刚石砂纸打磨涂层使其露出银白色金属光泽，表面粗糙度≤3µm，打磨过程监测涂层厚度，防止涂层过抛，最终得到耐热涂层厚度为25~30µm，随后用酒精擦拭样品表面，使零件表面清洁。
16、进一步的，上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层的制备方法，步骤（2）吹砂处理的具体条件为：风压为0.2~0.4mpa，吹砂距离为120~150 mm，吹砂角度为60°~75°。
17、进一步的，上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层的制备方法，a、b、c粉末的粒径均小于10μm。
18、进一步的，上述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层的制备方法，步骤（6）的烧结制度为：当热处理炉真空度≤0.013pa时开始升温，以(15±5)℃/min升温至800℃，保温（2~5）min,分压至（100±20）pa，之后以(15±5)℃/min升温至950℃~1050℃保温20min~30min，然后充氩气6min内冷却至（650±28）℃，再冷至80℃以下出炉。
19、本专利技术的优点及有益效果：
20、1、本专利技术涂层总厚度为25~30µm，喷涂后不影响对零件气膜孔孔径大小；
21、2、本专利技术涂层具有高反射率特征，可以显著降低零件表面温度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，所述涂层由氧化物混合物粘结底层、扩散阻挡中间层和高反射率面层组成，涂层总厚度≤30μm；氧化物混合物粘结底层成分兼顾与高温合金基材热匹配原则、高温抗氧化性能和高温流动成膜性能、扩散阻挡中间层有效阻止高反射率面层和高温合金基材之间的互扩散、高反射率面层降低高温高速燃气辐射对火焰筒的加热。
2.根据权利要求1所述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，氧化物混合物粘结底层的成分为SiO2-15~20 w.t.%（Al2O3+B2O3）- 3~6 w.t.%（K2O+Na2O）-10~15 w.t.%（CaO+SrO）-8~15 w.t.% （Cr2O3+ZrO2），该成分记为A。
3.根据权利要求2所述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，保证SiO2的含量超过50%。
4.根据权利要求2所述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，扩散阻挡中间层由Al2O3、Cr2O3共强化的氧化物混合物组成，其成分为A-10~15 w.t.% Al2O3 -2~5 w.t.%Cr2O3，该成分记为B。
<...【技术特征摘要】
1.一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，所述涂层由氧化物混合物粘结底层、扩散阻挡中间层和高反射率面层组成，涂层总厚度≤30μm；氧化物混合物粘结底层成分兼顾与高温合金基材热匹配原则、高温抗氧化性能和高温流动成膜性能、扩散阻挡中间层有效阻止高反射率面层和高温合金基材之间的互扩散、高反射率面层降低高温高速燃气辐射对火焰筒的加热。
2.根据权利要求1所述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，氧化物混合物粘结底层的成分为sio2-15~20 w.t.%（al2o3+b2o3）- 3~6 w.t.%（k2o+na2o）-10~15 w.t.%（cao+sro）-8~15 w.t.% （cr2o3+zro2），该成分记为a。
3.根据权利要求2所述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，保证sio2的含量超过50%。
4.根据权利要求2所述的一种带气膜孔火焰筒耐热涂层，其特征在于，扩散阻挡中间层由al2o3、cr2o3共强化的氧化物混合物组成，其成分为a-10~15 w.t.% al2o3 -2~5 w.t.%cr2o3，该成分记为b。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：程玉贤，邹卓，张向明，李浩宇，岳阳，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。