一种复杂型面热障涂层的制备方法与流程
1.本技术属于热喷涂技术领域，尤其涉及一种复杂型面热障涂层的制备方法。
背景技术：
2.为提高航空发动机推重比、效率以及有效载荷，热障涂层技术在发动机多部件的设计与研制中愈来愈得到重视。火焰筒为发动机的高温部件，是组织燃烧的场所，其零部件常年需要经受高温热量的输入，为了有效延长其零件寿命、降低冷却要求以及提高发动机热效率，需要为零件提供有效隔热、抗氧化和耐腐蚀涂层。
3.相关技术中，航空抗高温产品制备技术一般以渗铝、渗铝铬和电子束-物理气相沉积mcraly为主。然而该工艺均在高温状态下制备涂层，制备后零件极易变形，同时会消耗大量的能源。
技术实现要素：
4.为了解决相关技术中航空抗高温产品制备工艺在高温状态下制备涂层，制备后零件极易变形，同时会消耗大量的能源的问题，本发明提供一种复杂型面热障涂层的制备方法，所述技术方案如下：
5.一种复杂型面热障涂层的制备方法，所述方法包括：
6.步骤1、对零件表面进行清洗并对非喷涂部位进行防护；
7.步骤2、对零件喷涂流道面进行吹砂粗化处理，使其成为均匀无金属光泽的粗糙表面；
8.步骤3、冷却零件；
9.步骤4、按照预设的喷涂点位，采用第一预设喷涂参数对零件流道表面进行喷涂，该第一预设喷涂参数包括各点位之间的喷移动速度，以及各点位的喷涂角度；
10.步骤5、在吹砂表面，采用第二预设喷涂参数喷涂ni22cr10al1.0y底层；
11.步骤6、在底层表面，采用第三预设喷涂参数喷涂zro
2 8y2o3面层。
12.可选地，步骤1中，采用防高温胶带对零件非喷涂部位进行防护，并采用防护工装进行防护。
13.可选地，步骤2中，吹砂表面粗糙度ra≥4。
14.可选地，步骤3中，喷砂结束后，将吹砂工装换成喷涂夹具，从零件下方向零件吹冷风，对零件进行冷却。
15.可选地，步骤4中，根据零件流道表面轴向弧面长度确定喷涂点位。
16.可选地，步骤4中，根据零件流道表面轴向弧面长度将流道表面沿轴向方向均分成4部分，每一部分轴向弧面长度相等，将喷涂点位设定在每部分的边界处。
17.可选地，喷涂点位为a、b、c、d、e，喷涂时机器人夹持喷行进，依次经过a、b、c、d、e点位，实现连续喷涂，喷由a点行进至e点，再返回a点为一个喷涂循环；a点和e点的喷涂角度为60
°
，b点和d点的喷涂角度为75
°
，c点的喷涂角度为90
°
，喷涂角度指的是喷与点位所
在面的角度。
18.可选地，ab段与de段的喷移动速度为20mm/s，bc段和cd段的喷移动速度为30mm/s。
19.可选地，步骤5中，第二预设喷涂参数包括：送粉量为25％；氩气压力为100
±
5psi；氩气流量为80～100scfh；辅气压力为50
±
5psi；辅气流量为5～15scfh；送粉气压力为50
±
5bar；送粉气流量为8～12；电流为500
±
5a；电压为75
±
5v；第一阶段喷涂距离为200
±
10mm；第二阶段喷涂距离为180
±
10mm；涂层最终厚度为0.1mm～0.2mm。
20.可选地，步骤6中，第三预设喷涂参数包括：送粉量为25％；氩气压力为75
±
5psi；氩气流量为80～100scfh；辅气压力为50
±
5psi；辅气流量为5～15scfh；送粉气压力为2.4
±
0.2bar；送粉气流量为5～6；电流为550
±
5a；电压为65
±
5v；第一阶段喷涂距离为100
±
10mm；第二阶段喷涂距离为90
±
10mm；涂层最终厚度为0.2mm～0.4mm。
21.本发明的有益效果至少在于：
22.1、通过等离子喷涂技术，使得零件基体温度在150℃以下；
23.2、通过合理均布的喷涂点位设计和喷涂参数，设计了一种喷涂过程中5次喷涂角度变换；
24.3、优化机器人在各点位之间的运行速度和角度，使得涂层孔隙率可达3％以下，未熔化颗粒不大于15％(φmax≤60μm))，同时涂层可以耐1100℃热震不小于20次，并且其力学性能达到10mpa以上；
25.4、零件不易变形，降低消耗能源。
附图说明
26.图1为本技术实施例提供的一种复杂型面热障涂层的制备方法流程示意图；
27.图2为本技术实施例提供的喷涂保护工装结构示意图；
28.图3为本技术实施例提供的机器人运行点位示意图；
29.图4为本技术实施例提供的氧化锆试样和金相结果示意图。
具体实施方式
30.下面通过具体的实施方式和附图对本技术作进一步详细说明。
31.本实施例提供一种复杂型面热障涂层的制备方法，请参见图1，该方法包括以下步骤：
32.步骤1、对零件表面进行清洗并对非喷涂部位进行防护。
33.清洗和防护时可采用丙酮等有机溶剂对零件需喷涂流道表面及邻近表面进行清洗至表面无可见油污，然后使清洗后的零件在空气中晾干。再采用防高温胶带对零件非喷涂部位进行防护，并采用防护工装进行防护，防护示意图如图2所示，图2中的100为被保护零件。
34.示例地，本实施例中的零件可以是火焰筒头部，也可以是火焰筒外环，本实施例对零件不作具体限定。
35.步骤2、对零件喷涂流道面进行吹砂粗化处理，使其成为均匀无金属光泽的粗糙表面。
36.对零件喷涂流道面进行吹砂粗化处理，吹砂处理后，零件喷涂流道面是均匀无金属光泽的粗糙表面。
37.在一实施例中，进行吹砂粗化处理的吹砂表面粗糙度ra≥4。
38.步骤3、冷却零件。
39.喷砂结束后，将吹砂工装换成喷涂夹具，从零件下方向零件吹冷风，对零件进行冷却。
40.步骤4、按照预设的喷涂点位，采用第一预设喷涂参数对零件流道表面进行喷涂。
41.该第一预设喷涂参数包括各点位之间的喷移动速度，以及各点位的喷涂角度。
42.本实施例中，设定机械人自动喷涂点位时可根据零件流道表面轴向弧面长度将流道表面沿轴向方向均分成4部分，每一部分轴向弧面长度相等，将机械人自动喷涂点位设定在每部分的边界处，喷与流道表面距离是热喷涂工艺参数中喷涂距离规定值，喷与流道表面切面呈45
°
～90
°
，尽可能接近90
°
，将喷涂点位命名为a、b、c、d、e，如图3所示，将流道表面沿轴向方向均分成4部分为ab段，bc段，cd段，de段。喷涂时机器人夹持喷行进，依次经过a、b、c、d、e点位，实现连续喷涂，喷由a点行进至e点，再返回a点为一个喷涂循环。a点和e点的喷涂角度为60
°
，b点和d点的喷涂角度为75
°
，c点的喷涂角度为90
°
。其中的喷涂角度指的是喷与点位所在面的角度。因不同点位之间的喷涂角度不同，导致涂层在不同区域的沉积效率不同。为保证涂层厚度均匀，本实施例优化了各点位之间的喷移动速度，ab段与de段的喷移动速度为20mm/s，bc段和cd段的喷移动速度为30mm/s，喷涂过程中，采用压缩空气进行零件基体冷却，同时，每喷涂2个循环，停止喷涂，等待2min，再继续喷涂，以保证喷涂过程中基体温度不超过150℃。
43.步骤5、在吹砂表面，采用第二预设喷涂参数喷涂ni22cr10al1.0y底层。
44.喷涂底层时，底层粉末成分为ni22cr10al1.0y；等离子喷涂设备为：metco9m；第二预设喷涂参数包括：送粉量：25％；氩气压力：100
±
5psi；氩气流量：80～100scfh；辅气压力：50
±
5psi；辅气流量：5～15scfh；送粉气压力：50
±
5bar；送粉气流量：8～12；电流：500
±
5a；电压：75
±
5v；第一阶段(即第一个喷涂循环)喷涂距离(喷涂距离为喷与流道表面的距离)：200
±
10mm，第二阶段(即第二个喷涂循环)喷涂距离：180
±
10mm，涂层最终厚度为0.1mm～0.2mm。喷涂过程中零件采用压缩空气冷却，从零件侧方冷却零件。
45.步骤6、在底层表面，采用第三预设喷涂参数喷涂zro
2 8y2o3面层。
46.喷涂面层时，氧化锆粉末成分为zro
2 8y2o3；等离子喷涂设备为：metco9m；第三预设喷涂参数包括：送粉量：25％；氩气压力：75
±
5psi；氩气流量：80～100scfh；辅气压力：50
±
5psi；辅气流量：5～15scfh；送粉气压力：2.4
±
0.2bar；送粉气流量：5～6；电流：550
±
5a；电压：65
±
5v；第一阶段喷涂距离：100
±
10mm，第二阶段喷涂距离：90
±
10mm，涂层最终厚度为0.2mm～0.4mm。喷涂过程中零件采用压缩空气冷却，从零件侧方冷却零件。
47.以火焰筒头部为例，通过本发明制的涂层的试样和金相结果如图4所示。
48.步骤7、拆卸夹具，清理零件。
49.本发明提供的一种火焰筒头部等离子喷涂氧化锆热障涂层的工艺方法，可使氧化锆涂层的孔隙率控制在3％以下，未熔化颗粒不大于15％(φmax≤60μm))，同时涂层可以耐1100℃热震不小于20次，并且其力学性能达到10mpa以上。
50.采用本发明，可以通过涂层的应力分布，控制喷涂粉末在飞行中的受热过程，可以
有效调节涂层中氧化物的含量和孔隙率的含量，使得涂层的氧化物含量；同时，均匀喷涂可使喷涂过程中分散热量，防止局部过热。
51.以上仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。另外，本发明未详尽部分均为常规技术。
技术特征：
1.一种复杂型面热障涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、对零件表面进行清洗并对非喷涂部位进行防护；步骤2、对零件喷涂流道面进行吹砂粗化处理，使其成为均匀无金属光泽的粗糙表面；步骤3、冷却零件；步骤4、按照预设的喷涂点位，采用第一预设喷涂参数对零件流道表面进行喷涂，该第一预设喷涂参数包括各点位之间的喷移动速度，以及各点位的喷涂角度；步骤5、在吹砂表面，采用第二预设喷涂参数喷涂ni22cr10al1.0y底层；步骤6、在底层表面，采用第三预设喷涂参数喷涂zro
2 8y2o3面层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，采用防高温胶带对零件非喷涂部位进行防护，并采用防护工装进行防护。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，吹砂表面粗糙度ra≥4。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，喷砂结束后，将吹砂工装换成喷涂夹具，从零件下方向零件吹冷风，对零件进行冷却。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，根据零件流道表面轴向弧面长度确定喷涂点位。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4中，根据零件流道表面轴向弧面长度将流道表面沿轴向方向均分成4部分，每一部分轴向弧面长度相等，将喷涂点位设定在每部分的边界处。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，喷涂点位为a、b、c、d、e，喷涂时机器人夹持喷行进，依次经过a、b、c、d、e点位，实现连续喷涂，喷由a点行进至e点，再返回a点为一个喷涂循环；a点和e点的喷涂角度为60
°
，b点和d点的喷涂角度为75
°
，c点的喷涂角度为90
°
，喷涂角度指的是喷与点位所在面的角度。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，ab段与de段的喷移动速度为20mm/s，bc段和cd段的喷移动速度为30mm/s。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，第二预设喷涂参数包括：送粉量为25％；氩气压力为100
±
5psi；氩气流量为80～100scfh；辅气压力为50
±
5psi；辅气流量为5～15scfh；送粉气压力为50
±
5bar；送粉气流量为8～12；电流为500
±
5a；电压为75
±
5v；第一阶段喷涂距离为200
±
10mm；第二阶段喷涂距离为180
±
10mm；涂层最终厚度为0.1mm～0.2mm。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6中，第三预设喷涂参数包括：送粉量为25％；氩气压力为75
±
5psi；氩气流量为80～100scfh；辅气压力为50
±
5psi；辅气流量为5～15scfh；送粉气压力为2.4
±
0.2bar；送粉气流量为5～6；电流为550
±
5a；电压为65
±
5v；第一阶段喷涂距离为100
±
10mm；第二阶段喷涂距离为90
±
10mm；涂层最终厚度为0.2mm～0.4mm。
技术总结
本申请提供一种复杂型面热障涂层的制备方法，属于热喷涂技术领域，该方法先对零件表面进行清洗并对非喷涂部位进行防护；再对零件喷涂流道面进行吹砂粗化处理，使其成为均匀无金属光泽的粗糙表面；然后冷却零件；接着按照预设的喷涂点位，采用第一预设喷涂参数对零件流道表面进行喷涂，该第一预设喷涂参数包括各点位之间的喷移动速度，以及各点位的喷涂角度；之后在吹砂表面喷涂i22Cr10Al1.0Y底层；最后在底层表面喷涂ZrO28Y2O3面层。通过该方法可使氧化锆涂层的孔隙率控制在3％以下，未熔化颗粒不大于15％，涂层可以耐1100℃热震不小于20次，力学性能达到10MPa以上。力学性能达到10MPa以上。力学性能达到10MPa以上。
