專利名稱：金屬表面高溫防護(hù)涂層加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于涂在耐熱合金和不銹鋼等零件表面的金屬表面高溫防護(hù)涂層加工方法。
眾所周知，因航空噴氣發(fā)動機(jī)發(fā)展的顯著特點是推力增大，渦輪前溫度提高，排氣溫度上升，使用壽命延長，故導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熱端部件的使用條件越來越苛刻，而作為結(jié)構(gòu)零件的金屬材料顯然不能完全承受起高溫的條件，因此在零件表面覆蓋一層抗氧化防護(hù)涂層成為必要的措施。高溫防護(hù)涂層適用于涂在耐熱合金和不銹鋼的零件表面上，用來保護(hù)金屬。涂層較好的化學(xué)穩(wěn)定性對接觸燃?xì)獾牧慵且环N常用的防氧化的有效屏障。對于燃燒室而言是發(fā)動機(jī)產(chǎn)生燃?xì)獾闹饕臻g，因此必須承受燃燒過程中對零件壁厚的熱腐蝕，還要承受燃?xì)獾恼袷幒蜎_刷。如現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的環(huán)行燃燒室內(nèi)外壁材料均為高溫合金，其熱處理溫度均在1150℃以下，該燃燒室原采用的涂層，主要由無機(jī)氧化物組成的，其結(jié)合力較好，使用溫度高，就涂層本身而言，可以滿足該機(jī)燃燒室的使用要求，但其燃燒溫度較高，為1180±10℃，這樣涂層的燒結(jié)溫度明顯超過了基體材料的最高熱處理溫度，對基體性能有影響，另外燒結(jié)時間長，還會使材料晶粒長大，而且在太高的溫度下燒結(jié)，還會導(dǎo)致基體變形。多年來存在涂層掉塊、裂紋和基體與涂層不匹配等問題，因此，研制出一種使用效果好，對基體性能影響小的高溫防護(hù)涂層是很有必要的。
本發(fā)明的目的是提供一種金屬表面高溫防護(hù)涂層加工方法，其工藝簡便、穩(wěn)定，對基體性能影響小，對環(huán)境無污染，涂層性能可靠，材料附著力好，結(jié)合強(qiáng)度高，無剝落和掉塊現(xiàn)象，其導(dǎo)熱糸數(shù)低，起到明顯的隔熱效果，能滿足發(fā)動機(jī)的使用要求，提高發(fā)動機(jī)的使用壽命。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該方法操作步驟如下一、涂層料漿配制先按重量比為玻璃料∶三氧化二鉻∶粘土∶水＝30-40∶10-20∶1-5∶30-40，稱取原料配制涂層料漿，然后研磨，過270目篩，篩后料漿陳腐至少七天備用；二、涂層涂覆工藝A、清洗金屬表面，再對其進(jìn)行表面粗化處理，B、用噴槍將攪拌均勻的料漿在金屬表面均勻涂覆預(yù)定厚度的涂層，C、涂層室溫下干噪不少于15分鐘，在溫度40-50℃下干噪不少于30分鐘，三、涂層燒結(jié)將干噪后的涂層在1140-1160℃下進(jìn)爐燒結(jié)，達(dá)到預(yù)定溫度后，保溫3-5分鐘出爐冷卻。
上述玻璃料由下列原料按重量比為二氧化硅∶氧化鋇∶氧化鋅∶氧化鈣∶氧化鉬∶氧化鎂∶氧化鋁∶氧化硼＝38-46∶37-47∶4.5-5.5∶3.5-4.5∶2.3-3.5∶0.5-1.5∶0.2-1.0∶0.5-1.5稱取，粉碎混勻后放入爐內(nèi)，在1380-1400℃下熔制1.5-2小時，玻璃熔合物在冷水中進(jìn)行球?；貌ＡЯ?，將其于150-200℃下干噪2-4小時備用。
由于本發(fā)明加工方法得到的涂層具有光滑表面，低的導(dǎo)熱系數(shù)，起到明顯的隔熱效果，從而減少金屬所承受的熱應(yīng)力和變形，該高溫防護(hù)涂層不僅要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，對接觸燃?xì)獾牧慵峁┓姥趸挠行琳希疫€要具有與基體結(jié)合良好的工藝性能，所以條件苛刻，因此對高溫防護(hù)涂層原料的選擇和涂覆工藝都有嚴(yán)格的要求。高溫防護(hù)涂層原料的主要成份無機(jī)氧化物玻璃料、三氧化二鉻、粘土等，均是經(jīng)過精心挑選和配制的。料漿噴涂后進(jìn)行涂層干燥，為了獲得最佳防護(hù)性能，在較低的溫度1140-1160℃條件下燒結(jié)，對基體性能影響小，使基體的晶粒既不長大，又使零件不變形，材料附著力好，形成光滑表面，提高結(jié)合強(qiáng)度。其導(dǎo)熱糸數(shù)低，具有明顯的隔熱效果，從而減少金屬所承受的熱應(yīng)力和變形。因此，該方法有效地解決了多年來存在的涂層掉塊、裂紋和基體與涂層不匹配等問題，避免了高溫防護(hù)對基體材料性能的不良影響。
通過反復(fù)研究，在涂層的成份、涂覆工藝方面及涂層的性能進(jìn)行了全面的試驗，結(jié)果證明，其工藝簡便、穩(wěn)定，對環(huán)境無污染，涂層性能可靠，有防腐蝕、防氧化的保護(hù)作用。能滿足發(fā)動機(jī)的使用要求，提高發(fā)動機(jī)的使用壽命。
該涂層可以用于航空發(fā)動機(jī)零部件，也可以用于其它產(chǎn)品的零部件上。對于燃燒室而言是發(fā)動機(jī)產(chǎn)生燃?xì)獾闹饕臻g，必須承受燃燒過程中對零件壁厚的熱腐蝕，還要承受燃?xì)獾恼袷幒蜎_刷。因此對發(fā)動機(jī)的燃燒室火焰筒進(jìn)行了試用，并通過了150小時臺架試車，隨后又通過300小時循環(huán)疲勞試飛的考驗，均獲得滿意的使用效果。因此，本發(fā)明極易推廣應(yīng)用。
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明高溫防護(hù)涂層原料經(jīng)過精心挑選和配制，原料主要成份由無機(jī)氧化物玻璃料、三氧化二鉻、粘土組成。其中1、玻璃料組成上述玻璃料由下列原料按重量比為二氧化硅∶氧化鋇∶氧化鋅∶氧化鈣∶氧化鉬∶氧化鎂∶氧化鋁∶氧化硼＝38-46∶37-47∶4.5-5.5∶3.5-4.5∶2.3-3.5∶0.5-1.5∶0.2-1.0∶0.5-1.5稱取，粉碎混勻后放入爐內(nèi)，在1380-1400℃下熔制1.5-2小時，玻璃熔合物在冷水中進(jìn)行球?；貌ＡЯ希瑢⑵溆?50-200℃下干噪2-4小時備用。
上述原料中二氧化硅(SiO2)二氧化硅在玻璃中主要起著提高玻璃的熔點和琺瑯的燒結(jié)溫度，提高涂層的耐熱性，在涂層中起骨架作用。
氧化鋇(BaO)氧化鋇在涂層中起溶劑作用，降低熔化溫度，增加涂層的光澤。
氧化鋅(ZnO)氧化鋅提高涂層的化學(xué)穩(wěn)定性，降低膨脹系數(shù)，起熔劑作用。
氧化鈣(CaO)氧化鈣促進(jìn)玻璃融化，起熔劑作用，增加化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。
氧化鉬(Mo2O3)氧化鉬提高涂層的潤濕性，改善涂層的附著力。
氧化硼(B2O3)氧化硼降低熔點，改善涂層的附著力，少量加入可提高化學(xué)穩(wěn)定性。
氧化鎂(MgO)氧化鎂能加快玻璃相形成，可提高化學(xué)穩(wěn)定性。
氧化鋁(AL2O3)氧化鋁提高涂層的耐熱性，增加機(jī)械強(qiáng)度。
2、玻璃料的配置玻璃料中各個組份，應(yīng)先烘干，按規(guī)定數(shù)量稱重后放在多輥式磨碎機(jī)上的瓷滾筒內(nèi)，搖混4～5小時，把攪拌后的配料放入耐熱粘土坩堝，然后放入爐內(nèi)。配料在1380～1400℃下熔制，在此溫度下保持1.5～2小時，玻璃熔合物在冷水中進(jìn)行球?；?。把熔煉得到的玻璃料于150～200℃干燥2～4小時，裝入清潔的瓶中備用。
3、三氧化二鉻的配置
將鉻酐(含量大于99.5％)放入陶瓷制品中，送到有通風(fēng)的箱式電爐內(nèi)緩慢加熱至200℃，在自由升溫至500℃時，保溫1～2小時，再升溫至900℃保溫3～4小時，然后于空氣中冷卻至室溫，取出三氧化二鉻，清除臟物，然后用自來水清洗五遍以上。經(jīng)上述工序得出的三氧化二鉻為深綠色，PH≥5.8，水洗后的三氧化二鉻在80～200℃下烘干。制得的三氧化二鉻放入玻璃瓶或搪瓷桶中備用。
4、粘土采用蘇州產(chǎn)一號手選粘土實施例一在航空發(fā)動機(jī)環(huán)形燃燒室火焰筒上涂高溫防護(hù)涂層的具體操作步驟如下一、涂層料槳配制1、料漿的配比按重量比稱玻璃料35份，三氧化二鉻15份，蘇州一號粘土2.5份和35份的自來水，倒入瓷筒中，加入直徑25～40mm的瓷球，瓷球的重量與玻璃料重量相同。
2、球磨將按比例配好的玻璃料放入瓷筒里，蓋好瓷筒蓋，然后放到球磨機(jī)上進(jìn)行球磨。球磨完畢，將料漿懸浮液過270目篩子，要求10u以下的顆粒應(yīng)多于95％，然后將懸浮液陳腐7天以上。
3、料漿性能粘度25℃時，B4杯，12～14S。
二、涂層涂覆工藝
A、清洗金屬表面，首先將零件的有機(jī)物或其他沉淀物除干凈。否則將會污染砂?；蚴刮畚镏匦路e聚在零件上，使噴涂料漿呈球狀聚集，直接影響涂層質(zhì)量。再對其進(jìn)行表面粗化處理，采用吹砂方法進(jìn)行表面粗化加工后，一方面可以造成一定的粗糙度，擴(kuò)大表面積，增加涂層和基體的結(jié)合力，還可進(jìn)一步清洗表面，但也不宜過粗，否則會損傷零件的使用壽命，因此，正確地實施粗化過程至關(guān)重要。
吹砂后的零件表面應(yīng)是無金屬光澤的粗糙面，表面均勻，無殘余沉積物、暗斑和漏吹等現(xiàn)象。
噴涂前將零件表面的浮灰用經(jīng)過過濾的壓縮空氣吹干凈，吹砂后的零件應(yīng)迅速進(jìn)行噴涂，吹砂與噴涂時間間隔一般不超過4小時為宜，如果超過4小時，則應(yīng)重新吹砂。
B、涂覆，用噴槍將攪拌均勻的料漿在金屬表面均勻涂覆預(yù)定厚度的涂層。噴涂工藝參數(shù)空氣壓力0.2～0.3Mpa，噴涂距離100～200mm，噴涂角度盡量垂直于噴涂零件的表面。
C、涂層干燥，料漿覆蓋在零件上以后，應(yīng)將零件平穩(wěn)地放置在高溫合金托盤上，并置于無灰塵環(huán)境的工作臺或架上，室溫干燥不少于15分鐘，使涂層中的水分充分蒸發(fā)，可明顯減少燒結(jié)時因水分汽化而使涂層出現(xiàn)氣泡，影響涂層質(zhì)量。在溫度40～50℃下于噪不少于30分鐘。
三、涂層燒結(jié)涂層的燒結(jié)，是由細(xì)小顆?；旌衔铮ㄟ^高溫形成玻璃層(既琺瑯)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本發(fā)明是在較低的溫度條件下，達(dá)到完全形成玻璃層融化的目的，選定溫度在1140-1160℃下進(jìn)爐燒結(jié)。達(dá)到預(yù)定溫度后，保溫3～5分鐘出爐冷卻。
涂層厚度為了使涂層均勻、光滑、完全形成玻璃態(tài)，涂層厚度可以采用兩次噴涂方法。第一遍0.02～0.04mm。第二遍厚度控制在0.04～0.06mm。
涂層表面質(zhì)量檢查①涂層外觀的質(zhì)量檢查。質(zhì)量好的涂層表面應(yīng)是平整、光滑、均勻、沒有暗斑、氣泡、針眼、裂紋、流淌、劃傷、漏基體等缺陷。
②涂層厚度的測量。噴涂時均帶試片，使用平頭千分尺測量涂層厚度，總厚度應(yīng)控制在0.03～0.08mm。
涂層的抗氧化性能試驗試驗條件1050℃×100小時試驗結(jié)果經(jīng)1050℃×100小時抗氧化試驗燒結(jié)后，涂層均無剝落、起泡、裂紋等現(xiàn)象。實踐證明高溫防護(hù)涂層抗氧化性能提高4倍以上，實施例二在燃?xì)廨啓C(jī)火焰筒上涂高溫防護(hù)涂層的具體操作步驟如下一、涂層料槳配制1、料漿的配比按重量比稱玻璃料30份，三氧化二鉻20份，蘇州一號粘土5份和40份的自來水，倒入瓷筒中，加入直徑25～40mm的瓷球，瓷球的重量與玻璃料重量相同。
2、球磨，同實施例一。
3、料漿性能，同實施例一。
二、涂層涂覆工藝同實施例一。
三、涂層燒結(jié)同實施例一。
實施例三
在航空發(fā)動機(jī)加力穩(wěn)定器上涂高溫防護(hù)涂層的具體操作步驟如下一、涂層料槳配制1、料漿的配比按重量比稱玻璃料40份，三氧化二鉻10份，蘇州一號粘土1份和30份的自來水，倒入瓷筒中，加入直徑25～40mm的瓷球，瓷球的重量與玻璃料重量相同。
2、球磨，同實施例一。
3、料漿性能，同實施例一。
二、涂層涂覆工藝同實施例一。
三、涂層燒結(jié)同實施例一。
權(quán)利要求
1.一種金屬表面高溫防護(hù)涂層加工方法，其特征在于操作步驟如下一、涂層料漿配制先按重量比為玻璃料∶三氧化二鉻∶粘土∶水＝30-40∶10-20∶1-5∶30-40，稱取原料配制涂層料漿，然后研磨，過270目篩，篩后料漿陳腐至少七天備用；二、涂層涂覆工藝A、清洗金屬表面，再對其進(jìn)行表面粗化處理，B、用噴槍將攪拌均勻的料漿在金屬表面均勻涂覆預(yù)定厚度的涂層，C、涂層室溫下干噪不少于15分鐘，在溫度40-50℃下干噪不少于30分鐘，三、涂層燒結(jié)將干噪后的涂層在1140-1160℃下進(jìn)爐燒結(jié)，達(dá)到預(yù)定溫度后，保溫3-5分鐘出爐冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述玻璃料由下列原料按重量比為二氧化硅∶氧化鋇∶氧化鋅∶氧化鈣∶氧化鉬∶氧化鎂∶氧化鋁∶氧化硼＝38-46∶37-47∶4.5-5.5∶3.5-4.5∶2.3-3.5∶0.5-1.5∶0.2-1.0∶0.5-1.5稱取，粉碎混勻后放入爐內(nèi)，在1380-1400℃下熔制1.5-2小時，玻璃熔合物在冷水中進(jìn)行球粒化得玻璃料，將其于150-200℃下干噪2-4小時備用。
全文摘要
一種金屬表面高溫防護(hù)涂層加工方法,其中高溫防護(hù)涂層原料的主要成份無機(jī)氧化物玻璃料、三氧化二鉻、粘土等,均是經(jīng)過精心挑選和配制的。料漿噴涂后進(jìn)行涂層干燥,為了獲得最佳防護(hù)性能,在較低的溫度1140－1160℃條件下燒結(jié),對基體性能影響小,使基體的晶粒既不長大,又使零件不變形,材料附著力好,形成光滑表面,提高結(jié)合強(qiáng)度。其導(dǎo)熱系數(shù)低,具有明顯的隔熱效果,從而減少金屬所承受的熱應(yīng)力和變形。因此,該方法有效地解決了多年來存在的涂層掉塊、裂紋和基體與涂層不匹配等問題,能滿足發(fā)動機(jī)的使用要求,提高發(fā)動機(jī)的使用壽命。
文檔編號B05D1/02GK1327885SQ0111414
公開日2001年12月26日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者李保云, 韓松, 段緒海, 蔡煜 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)公司