一种燃机热端部件导向叶片表面长寿命类柱状晶结构热障涂层自动化制备方法

摘要

本发明是一种燃机热端部件导向叶片表面长寿命类柱状晶结构热障涂层自动化制备方法。本发明通过机械手分别夹持超音速火焰喷枪和等离子喷枪，编制自动化喷涂程序，超音速火焰喷涂粘结层用主程序设置TCP点距喷枪口距离为330～350mm，喷枪移动速度为500～600m/s，喷涂轨迹间距为20～30mm。等离子喷涂陶瓷层用主程序设置TCP点距喷枪口距离为60～70mm，喷枪移动速度为200～250/s，喷涂轨迹间距为3～7mm，等离子喷涂程序编制时喷涂轨迹呈“弓”字形走向。本发明依次包括基体准备与前处理，粘结层制备，热端部件预热和陶瓷层制备，采用扫描电镜观察，制备的陶瓷层具有类柱状晶结构，显著提高了涂层的应变容限与抗热冲击寿命，涂层服役寿命较常规结构热障涂层显著提高。

主权项

一种燃机热端部件导向叶片表面长寿命类柱状晶结构热障涂层自动化制备方法，其特征在于步骤如下：第一步：根据热端部件形状编制自动化喷涂程序；：自动化喷涂程序分为两个主程序，其一为超音速火焰喷涂粘结层用主程序，其二为等离子喷涂陶瓷层用主程序；超音速火焰喷涂粘结层用主程序设置TCP点距喷枪口距离为330～350mm，喷枪移动速度为500～600m/s，喷涂轨迹间距为20～30mm；等离子喷涂陶瓷层用主程序设置TCP点距喷枪口距离为60～70mm，喷枪移动速度为200～250/s，喷涂轨迹间距为3～7mm，等离子喷涂程序编制时喷涂轨迹呈“弓”字形走向；第二步：基体准备与前处理，采用丙酮或无水乙醇清洗热端部件表面油污，采用射吸式喷砂机对热端部件表面进行毛化，砂型种类选用棕刚玉或白刚玉，首先采用60～100目刚玉砂将热端部件表面氧化皮去除，露出金属光泽基体，然后采用16～26目刚玉砂对基体进行毛化，当表面粗糙度达到Ra4.5～Ra6.0时停止毛化工艺；第三步：粘结层制备：粘结层材料选用NiCoCrAlYSi，组分：Ni：45～50％、Co：20～25％、Cr：20～25％、Al：10～15％、Y：0.5～1.5％、Si：0.5～1.5％；超音速火焰喷涂时氧气流量为35～40m³/h，煤油流量为15～20L/h，送粉率为55～60g/min，基体预热温度100～150℃；第四步：热端部件预热：采用氧丙烷火焰加热枪对热端部件进行整体预热，氧气流量：10L/min，丙烷流量4L/min，预热温度控制在500～700℃之间；采用红外测温仪进行测温，当热端部件温度达到设定温度时，氧丙烷火焰枪自动停止加热；第五步：陶瓷层制备：陶瓷层材料选用YSZ，组分：7～8％Y₂O₃稳定ZrO₂；喷涂电压为75～80V，喷涂电流为600～650A，送粉率为30～40g/min，为成功制备出类柱状晶结构涂层，陶瓷层制备过程中喷涂轨迹必须为“弓”字形，不可往复喷涂与十字交叉喷涂，涂层喷涂过程中热端部件温度控制在600～800℃。