技术摘要：
本发明涉及热喷涂材料及涂层技术领域，尤其涉及一种抗微动磨损合金涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）将待喷涂工件进行预处理；（2）将预处理后的工件采用等离子弧粉末喷涂工艺喷涂抗微动磨损合金涂层。喷涂角度90°；弧压60~62V；功率30~31kW；喷涂距离62~64mm；送粉 全部
背景技术：
航空发动机、地面燃气轮机等风扇、压气机叶片、涡轮叶片等叶片的工作条件非常 复杂，须承受机械、热力和气动载荷的共同作用，其叶片的叶根部位，如果不作任何表面处 理，在工作过程中存在着巨大的安全隐患，容易发生压气机叶轮破损事故。因此，需要在工 件完成精加工后，对叶片的叶根表面涂覆抗微动磨损合金涂层，这就要求抗微动磨损合金 涂层的涂覆过程不可对其他完成精加工后的部位表面造成飞溅、夹伤或磕碰等破坏。 现有叶片的叶根表面涂层多采用抗微动磨损合金材料，（1）该材料以铜镍铟合金 为主，其成分Ni：36%，In：5%，Cu：余量。熔化温度：1150℃。铜镍铟合金具有特殊的物化特性： （1）主要成分铜的导热散热快，容易过热烧损；（2）铜极易氧化和汽化，在等离子弧加热过程 中，会产生大量的深褐色的铜氧化气雾，或覆盖在涂层表面，或夹杂在涂层熔滴界面间，导 致熔滴不能理想的融合和粘附，这会严重地劣化涂层的层间和基体的结合强度，过多氧化 物颗粒的存在也会严重地破坏涂层的物化性能。上述特性导致铜镍铟合金与其他合金材料 在等离子弧喷涂过程中工艺特性全然不同，兼容性差，难以获得满意的抗微动磨损合金涂 层质量。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种抗微动磨损合金涂层的 制备方法，该方法可用于航空发动机、地面燃气轮机等风扇、压气机叶片、涡轮叶片等叶片 叶根部位的喷涂，有效避免其他部位损伤，工艺参数易于控制，易于实现产业化。 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种抗微动磨损合金涂层的制备方法，包括以下步骤： （1）将待喷涂工件进行超声波除油和喷砂毛化处理； （2）将经过步骤（1）处理后的待喷涂工件采用等离子弧粉末喷涂工艺喷涂抗微动磨损 合金涂层。 涂层必须具备符合原始材料赋予的物理化学性能，才具备抗微动磨损性能。等离 子弧粉末喷涂工艺（英文缩写：PSP）具有焰流温度高（弧柱中心温度约15000~33000℃），能 熔化一切高熔点高硬度材料。涂层较致密、结合强度较高，对工件热影响小，工件几乎不变 形，工作效率高等优点。采用等离子弧喷涂工艺较为成熟可靠。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺的参数为：喷涂角度90°；弧压60~62V；功率30~ 31kW；喷涂距离62~64mm；送粉量控制在35g/min；喷枪喷涂移动速度控制在600mm/s。涂层的 性能决定于涂层材料在弧焰射流里熔化和加速程度。粉末应该充分熔化而不过分烧损氧 化，粉末射流应该有足够高的速度以保证涂层的致密性和与基体的结合强度。为了保证叶 3 CN 111575633 A 说 明 书 2/5 页 根弧型加工面涂层的加工精度和工艺稳定性和可靠性，采用可实现6个自由度的数控机械 手作为喷枪移动控制装置。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺在工作气为Ar、H2惰性气体电离后形成的弧焰 保护气氛中进行。 控制粉末在弧流里的熔化程度和射流的加速，对该类材料是个难题。粉末必须以 一定的送粉量、一定的初速度进入等离子弧焰，获得最佳的熔化程度并被加速喷射到工作 表面。这需要严格控制各种参数的稳定正确，要准确调整和控制送粉量（35g/min），还有合 理地确定喷枪离工件表面的喷涂距离。这样才能使得粉末的熔化和加速得到满意的效果， 以需要的温度和速度喷射沉积到工作表面上。以一定角度和速度进入弧焰的粉末流和弧焰 交叉混合后，控制和调整粉末射流在弧焰里的加热加速时间和路径，才能使粉末射流既得 到充分的熔化和加速，又不至于过热烧损。形成冷态～加热熔化和加速～离开弧柱以熔融 态和高速射流沉积到工件表面的工艺过程。为此，本发明改进了喷枪结构，调整了送粉嘴的 结构尺寸，控制了粉末进入弧焰的初速度和角度。 除改进喷枪和送粉系统之外，喷涂过程中必须采用特别的涂层冷却措施。这是决 定该类材料涂层质量优劣成败的关键措施。本发明增加了对弧焰和弧斑的冷却措施，避免 了涂层材料的过热。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺所用喷枪的喷嘴处设有至少两个冷却保护气喷 管；所述冷却保护气喷管内通有CO2气体；所述CO2气体的气压控制在4~6Bar，气流控制在 600L/min。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺所用喷枪的喷嘴靠近待喷涂工件处还设有气刀 型除气雾装置，所述气刀型除气雾装置具有射吸机构，所述射吸机构具有进气端口和出气 端口，所述进气端口与压缩空气瓶相连通，所述出气端口具有鸭嘴型结构。所述气刀型除气 雾装置的工作原理为：以压缩空气作气源，在射吸机构的射吸作用下，带动数倍于压缩空气 流量的空气形成强劲的气流，从鸭嘴形喷口喷射出，形成扁平状气流喷射到工件表面，达到 冲刷、冷却的作用。 作为优选，步骤（2）中，喷涂之前，先将经过步骤（1）处理后的待喷涂工件置于护具 中，所述护具包括盒体和护盖，内设有便捷稳固的工件夹持机构。涂层喷涂必须在工件完成 精加工后施行，不许可对其他部位表面因飞溅、夹伤、磕碰产生破坏。涂层成型后也不再做 涂层喷涂后的机械加工。 本发明通过设计和使用具有独创性的专用喷涂护具，适用于各种规格的叶片叶根 的喷涂加工，不仅装夹便捷，而且可以很好的定位喷涂面的位置，完全防护住不需喷涂部位 的精度和清洁度。该护具可夹持在台虎钳上定位。不同规格的叶片喷涂使用同一个盒体和 相配套的护盖。使用时将叶片倒置装入盒体内，依靠叶片本身的平台定位，由盒体内自带的 弹性压片手动旋动螺杆压紧，再合上护盖，保护住叶片顶部和侧面不被喷涂的部位，即可实 施喷涂。加工完成后移去护盖，松开压紧压片，即可取出工件，进入下一个工件的加工。该护 具具有以下特点：全不锈钢制作，有较好的精度和强度；可适用不同规格的叶片叶根的喷涂 防护；通用于叶片叶根的喷沙、喷丸强化、等离子喷涂等工序，防护效果可靠；有较好的工件 装卡固定作用，喷涂时定位准确重复性好，工件装卸方便快捷。经现场对工件实物实施喷 沙、等离子喷涂的实际应用。达到了准确地对工件喷涂部位喷沙喷涂，可保证喷沙喷涂质 4 CN 111575633 A 说 明 书 3/5 页 量，同时对非喷沙、喷涂部位的精度进行可靠的防护。操作方便快捷。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层由以下质量百分含量的组分组成：Ni 32~ 36%，In 3~5%，Cu余量。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层的厚度控制在0.07～0.09mm，不平度≦1μm。 粉末材料在工件表面的单位沉积量是控制涂层厚度和精度的主要因素。决定这个因素的参 数主要有喷枪的移动速度和均匀度、每道涂层移动重叠的间隔和重叠量、多层喷涂的涂层 道数。通过机械手编程，准确地设置了喷枪的移动速度，喷枪往复以恒定的速度进入喷涂 区，精确的进行涂层重叠成型，使涂层的整体厚度控制在指标尺寸范围内1μm左右，涂层各 处的厚度差（不平度）≦1μm。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层的维氏硬度为140~190HV。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层的结合强度大于22.1MPa。涂层的结合强度、 金相结构（没有内部缺陷如高孔隙率、夹杂、裂纹等）等必须符合严格的技术要求。 因此，本发明具有如下有益效果：本发明的工艺方法和参数、防氧化、冷却排雾方 法、快捷可靠的防护屏蔽护具，机器人精准的喷枪运动控制，使获得的涂层具有较理想的涂 层结构、极低的氧化物夹杂、大大高于指标要求的涂层结合强度，符合要求的孔隙率、涂层 硬度，符合要求且可控的涂层厚度和精度。 附图说明 图1是等离子弧粉末喷涂工艺及所用装置的结构示意图。 图2是等离子弧粉末喷涂工艺中护具的实际使用图。 图3是气刀型除气雾装置的一种结构示意图。 图4是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图5是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的X200体式显微镜照片。 图6是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的孔隙分布图。 图7是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的孔隙率测定图。 图8是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的杯突试验结果俯视图。 图9是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的杯突试验结果侧视图。 图10是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的实物图。 图11是对比例1得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图12是对比例2得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图13是对比例3得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图中：喷枪喷嘴1，送粉嘴2，等离子弧焰3，待喷涂工件4，冷却保护气喷管5，粉末射 流6，喷涂弧斑7，冷却保护气氛8，射吸机构9，进气端口10，出气端口11，压缩空气12，空气 13。
本发明涉及热喷涂材料及涂层技术领域，尤其涉及一种抗微动磨损合金涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）将待喷涂工件进行预处理；（2）将预处理后的工件采用等离子弧粉末喷涂工艺喷涂抗微动磨损合金涂层。喷涂角度90°；弧压60~62V；功率30~31kW；喷涂距离62~64mm；送粉 全部
背景技术：
航空发动机、地面燃气轮机等风扇、压气机叶片、涡轮叶片等叶片的工作条件非常 复杂，须承受机械、热力和气动载荷的共同作用，其叶片的叶根部位，如果不作任何表面处 理，在工作过程中存在着巨大的安全隐患，容易发生压气机叶轮破损事故。因此，需要在工 件完成精加工后，对叶片的叶根表面涂覆抗微动磨损合金涂层，这就要求抗微动磨损合金 涂层的涂覆过程不可对其他完成精加工后的部位表面造成飞溅、夹伤或磕碰等破坏。 现有叶片的叶根表面涂层多采用抗微动磨损合金材料，（1）该材料以铜镍铟合金 为主，其成分Ni：36%，In：5%，Cu：余量。熔化温度：1150℃。铜镍铟合金具有特殊的物化特性： （1）主要成分铜的导热散热快，容易过热烧损；（2）铜极易氧化和汽化，在等离子弧加热过程 中，会产生大量的深褐色的铜氧化气雾，或覆盖在涂层表面，或夹杂在涂层熔滴界面间，导 致熔滴不能理想的融合和粘附，这会严重地劣化涂层的层间和基体的结合强度，过多氧化 物颗粒的存在也会严重地破坏涂层的物化性能。上述特性导致铜镍铟合金与其他合金材料 在等离子弧喷涂过程中工艺特性全然不同，兼容性差，难以获得满意的抗微动磨损合金涂 层质量。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种抗微动磨损合金涂层的 制备方法，该方法可用于航空发动机、地面燃气轮机等风扇、压气机叶片、涡轮叶片等叶片 叶根部位的喷涂，有效避免其他部位损伤，工艺参数易于控制，易于实现产业化。 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种抗微动磨损合金涂层的制备方法，包括以下步骤： （1）将待喷涂工件进行超声波除油和喷砂毛化处理； （2）将经过步骤（1）处理后的待喷涂工件采用等离子弧粉末喷涂工艺喷涂抗微动磨损 合金涂层。 涂层必须具备符合原始材料赋予的物理化学性能，才具备抗微动磨损性能。等离 子弧粉末喷涂工艺（英文缩写：PSP）具有焰流温度高（弧柱中心温度约15000~33000℃），能 熔化一切高熔点高硬度材料。涂层较致密、结合强度较高，对工件热影响小，工件几乎不变 形，工作效率高等优点。采用等离子弧喷涂工艺较为成熟可靠。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺的参数为：喷涂角度90°；弧压60~62V；功率30~ 31kW；喷涂距离62~64mm；送粉量控制在35g/min；喷枪喷涂移动速度控制在600mm/s。涂层的 性能决定于涂层材料在弧焰射流里熔化和加速程度。粉末应该充分熔化而不过分烧损氧 化，粉末射流应该有足够高的速度以保证涂层的致密性和与基体的结合强度。为了保证叶 3 CN 111575633 A 说 明 书 2/5 页 根弧型加工面涂层的加工精度和工艺稳定性和可靠性，采用可实现6个自由度的数控机械 手作为喷枪移动控制装置。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺在工作气为Ar、H2惰性气体电离后形成的弧焰 保护气氛中进行。 控制粉末在弧流里的熔化程度和射流的加速，对该类材料是个难题。粉末必须以 一定的送粉量、一定的初速度进入等离子弧焰，获得最佳的熔化程度并被加速喷射到工作 表面。这需要严格控制各种参数的稳定正确，要准确调整和控制送粉量（35g/min），还有合 理地确定喷枪离工件表面的喷涂距离。这样才能使得粉末的熔化和加速得到满意的效果， 以需要的温度和速度喷射沉积到工作表面上。以一定角度和速度进入弧焰的粉末流和弧焰 交叉混合后，控制和调整粉末射流在弧焰里的加热加速时间和路径，才能使粉末射流既得 到充分的熔化和加速，又不至于过热烧损。形成冷态～加热熔化和加速～离开弧柱以熔融 态和高速射流沉积到工件表面的工艺过程。为此，本发明改进了喷枪结构，调整了送粉嘴的 结构尺寸，控制了粉末进入弧焰的初速度和角度。 除改进喷枪和送粉系统之外，喷涂过程中必须采用特别的涂层冷却措施。这是决 定该类材料涂层质量优劣成败的关键措施。本发明增加了对弧焰和弧斑的冷却措施，避免 了涂层材料的过热。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺所用喷枪的喷嘴处设有至少两个冷却保护气喷 管；所述冷却保护气喷管内通有CO2气体；所述CO2气体的气压控制在4~6Bar，气流控制在 600L/min。 作为优选，等离子弧粉末喷涂工艺所用喷枪的喷嘴靠近待喷涂工件处还设有气刀 型除气雾装置，所述气刀型除气雾装置具有射吸机构，所述射吸机构具有进气端口和出气 端口，所述进气端口与压缩空气瓶相连通，所述出气端口具有鸭嘴型结构。所述气刀型除气 雾装置的工作原理为：以压缩空气作气源，在射吸机构的射吸作用下，带动数倍于压缩空气 流量的空气形成强劲的气流，从鸭嘴形喷口喷射出，形成扁平状气流喷射到工件表面，达到 冲刷、冷却的作用。 作为优选，步骤（2）中，喷涂之前，先将经过步骤（1）处理后的待喷涂工件置于护具 中，所述护具包括盒体和护盖，内设有便捷稳固的工件夹持机构。涂层喷涂必须在工件完成 精加工后施行，不许可对其他部位表面因飞溅、夹伤、磕碰产生破坏。涂层成型后也不再做 涂层喷涂后的机械加工。 本发明通过设计和使用具有独创性的专用喷涂护具，适用于各种规格的叶片叶根 的喷涂加工，不仅装夹便捷，而且可以很好的定位喷涂面的位置，完全防护住不需喷涂部位 的精度和清洁度。该护具可夹持在台虎钳上定位。不同规格的叶片喷涂使用同一个盒体和 相配套的护盖。使用时将叶片倒置装入盒体内，依靠叶片本身的平台定位，由盒体内自带的 弹性压片手动旋动螺杆压紧，再合上护盖，保护住叶片顶部和侧面不被喷涂的部位，即可实 施喷涂。加工完成后移去护盖，松开压紧压片，即可取出工件，进入下一个工件的加工。该护 具具有以下特点：全不锈钢制作，有较好的精度和强度；可适用不同规格的叶片叶根的喷涂 防护；通用于叶片叶根的喷沙、喷丸强化、等离子喷涂等工序，防护效果可靠；有较好的工件 装卡固定作用，喷涂时定位准确重复性好，工件装卸方便快捷。经现场对工件实物实施喷 沙、等离子喷涂的实际应用。达到了准确地对工件喷涂部位喷沙喷涂，可保证喷沙喷涂质 4 CN 111575633 A 说 明 书 3/5 页 量，同时对非喷沙、喷涂部位的精度进行可靠的防护。操作方便快捷。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层由以下质量百分含量的组分组成：Ni 32~ 36%，In 3~5%，Cu余量。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层的厚度控制在0.07～0.09mm，不平度≦1μm。 粉末材料在工件表面的单位沉积量是控制涂层厚度和精度的主要因素。决定这个因素的参 数主要有喷枪的移动速度和均匀度、每道涂层移动重叠的间隔和重叠量、多层喷涂的涂层 道数。通过机械手编程，准确地设置了喷枪的移动速度，喷枪往复以恒定的速度进入喷涂 区，精确的进行涂层重叠成型，使涂层的整体厚度控制在指标尺寸范围内1μm左右，涂层各 处的厚度差（不平度）≦1μm。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层的维氏硬度为140~190HV。 作为优选，所述抗微动磨损合金涂层的结合强度大于22.1MPa。涂层的结合强度、 金相结构（没有内部缺陷如高孔隙率、夹杂、裂纹等）等必须符合严格的技术要求。 因此，本发明具有如下有益效果：本发明的工艺方法和参数、防氧化、冷却排雾方 法、快捷可靠的防护屏蔽护具，机器人精准的喷枪运动控制，使获得的涂层具有较理想的涂 层结构、极低的氧化物夹杂、大大高于指标要求的涂层结合强度，符合要求的孔隙率、涂层 硬度，符合要求且可控的涂层厚度和精度。 附图说明 图1是等离子弧粉末喷涂工艺及所用装置的结构示意图。 图2是等离子弧粉末喷涂工艺中护具的实际使用图。 图3是气刀型除气雾装置的一种结构示意图。 图4是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图5是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的X200体式显微镜照片。 图6是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的孔隙分布图。 图7是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的孔隙率测定图。 图8是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的杯突试验结果俯视图。 图9是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的杯突试验结果侧视图。 图10是实施例1得到的抗微动磨损合金涂层的实物图。 图11是对比例1得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图12是对比例2得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图13是对比例3得到的抗微动磨损合金涂层的形貌图。 图中：喷枪喷嘴1，送粉嘴2，等离子弧焰3，待喷涂工件4，冷却保护气喷管5，粉末射 流6，喷涂弧斑7，冷却保护气氛8，射吸机构9，进气端口10，出气端口11，压缩空气12，空气 13。
