1.本发明属于热喷涂涂层技术领域，具体涉及一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒。


背景技术：

2.燃气涡轮航空发动机是由进气、压缩、输送、燃烧和排气等多功能部件组成的多级装置，其转动部件及静止部件之间存在的径向间隙对发动机的工作效率、功率和耗油率影响非常大，因此，减小压气机、涡轮机转子叶片叶尖与静止机匣之间间隙的气路封严技术就成为提高发动机性能的重要手段。
3.美国航空航天局(nasa)研究表明，航空发动机各部位使用可磨耗封严涂层后效率可提高2％以上，油耗可降低2.5％以上。因此，减小压气机、涡轮机转子叶片叶尖与静止机匣之间间隙的气路封严技术就成为提高发动机性能的重要手段。发动机在工作时高速运转，由于热膨胀、装配偏心以及离心应变等因素，转子叶片及静止机匣都会发生形变，运转的叶尖与静止的机匣之间会发生摩擦，有可能危及发动机的安全。随着发动机尺寸增大和温度升高的趋势，发动机的气路封严越来越受到关注。
4.热喷涂工艺和涂层技术的发展为严格而精确地控制机匣/叶尖间隙提供了可能。采用如大气等离子、火焰喷涂等热喷涂工艺方法在静止机匣内表面制备可磨耗封严涂层应用于静止部件与转子部件之间，在工作过程中当转子叶片切入可磨耗封严涂层时，叶片与机匣内壁产生过盈配合，转动叶片叶尖与封严涂层发生对磨形成沟槽以减少气体泄漏并对叶尖和机匣形成保护，能够有效减小叶尖与机匣之间的间隙从而提高发动机效率，同时对叶片起到保护作用。
5.封严涂层技术已经在航空发动机及地面燃气轮机得到了广泛的应用，在提高发动机效率和降低油耗方面发挥了显著的作用。然而目前使用的发动机封严涂层存在各种各样的问题，比较突出的问题是涂层热稳定性较差，硬度较高，经常造成转子叶片等对摩零件造成严重磨损，影响了发动机的燃油效率，甚至使转子叶片报废，给飞机的飞行带来安全隐患。另外新型航空发动机的设计要求各部位的工作温度提高，也对封严涂层的热稳定性和耐温能力提出了更高的要求。上述问题都要求研制出使用温度更高，热稳定性和可刮削性更好，工作寿命更长的热喷涂封严涂层技术。


技术实现要素：

6.本发明提供一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，能够增强封严涂层的热稳定性，提高封严涂层的质量，延长封严涂层的使用寿命。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，包括金属大颗粒、小颗粒铝和润滑相，所述金属大颗粒为镍、铜、铝硅合金、铜铝合金、镍铬合金或镍铬铁合金的大颗粒，所述润滑相为六方氮化硼、石墨、聚苯酯、膨润土和/或硅藻土；将所述小颗粒铝和润滑相用粘
结剂经过机械包覆团聚工艺粘附于所述金属大颗粒的外表面。
9.进一步地，所述的用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，所述金属大颗粒为镍铬铁合金球形粉末大颗粒；所述润滑相为层片状六方氮化硼颗粒，镍铬铁合金球形粉末大颗粒粒度为40～125μm，小颗粒铝粒度为3～10μm，层片状六方氮化硼颗粒粒度为5～15μm。
10.进一步地，所述的用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，各组分的重量百分比为：铬10％～20％、铁5％～13％、氮化硼2％～5％、铝2％～6％、其余为镍。
11.本发明的有益效果为：本发明的喷涂粉末颗粒制备的封严涂层，不仅增强了涂层抗烧结能力，提高了涂层在高温工况环境中的组织结构和性能稳定性，同时改善封严涂层的可刮削性能，降低涂层对转子叶片的刮削和摩擦损伤。
附图说明
12.图1为用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒示意图；
13.图2为实施例中火焰喷涂的封严涂层的截面形貌图。
具体实施方式
14.如图1所示，一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，包括金属大颗粒、小颗粒铝2和润滑相，所述金属大颗粒为镍铬铁合金球形粉末大颗粒1，所述润滑相为层片状六方氮化硼颗粒3；镍铬铁合金球形粉末大颗粒粒度为40～125μm，小颗粒铝粒度为3～10μm，层片状六方氮化硼颗粒粒度为5～15μm；将小颗粒铝2和层片状六方氮化硼颗粒3用粘结剂经过机械包覆团聚工艺粘附于镍铬铁合金球形粉末大颗粒1的外表面；各组分的重量百分比为：铬10％～20％、铁5％～13％、氮化硼2％～5％、铝2％～6％、其余为镍。获得的喷涂粉末颗粒的粒度为40～150μm。
15.采用tc4钛合金材料作为涂层试片的基体进行喷涂工艺试验和涂层各种性能测试。火焰喷涂工艺参数范围值如下表所示，
[0016][0017]
喷涂涂层的显微组织见图2，其表面洛氏硬度为59.3、58.9、61.3、63.7、62.6hr15y，平均值为61.2hr15y。检测3个涂层试样的拉伸结合强度分别为6.9mpa、7.4mpa、7.1mpa，平均值为7.1mpa。
[0018]
热震试验结果表明，镍铝底层+镍铬铁/铝/氮化硼的2层封严涂层体系试样在750
℃水冷方式热震次数20次试验后涂层仍然保持完整，没有出现掉块、剥落和分层等现象。
[0019]
进行涂层800℃高温下保温500小时的热稳定性试验，其表面洛氏硬度为61.5、65.7、62.6、61.3、64.6hr15y，平均值为63.1hr15y，该平均值与喷涂态涂层表面洛氏硬度相差不大，说明该喷涂粉末颗粒结构的涂层在800℃高温下的热稳定性优越。


技术特征：
1.一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，其特征在于，包括金属大颗粒、小颗粒铝和润滑相，所述金属大颗粒为镍、铜、铝硅合金、铜铝合金、镍铬合金或镍铬铁合金的大颗粒，所述润滑相为六方氮化硼、石墨、聚苯酯、膨润土和/或硅藻土；将所述小颗粒铝和润滑相用粘结剂经过机械包覆团聚工艺粘附于所述金属大颗粒的外表面。2.根据权利要求1所述的用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，其特征在于，所述金属大颗粒为镍铬铁合金球形粉末大颗粒；所述润滑相为层片状六方氮化硼颗粒，镍铬铁合金球形粉末大颗粒粒度为40～125μm，小颗粒铝粒度为3～10μm，层片状六方氮化硼颗粒粒度为5～15μm。3.根据权利要求2所述的用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，其特征在于，各组分的重量百分比为：铬10％～20％、铁5％～13％、氮化硼2％～5％、铝2％～6％、其余为镍。

技术总结
本发明属于热喷涂涂层技术领域，具体涉及一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒。本发明的技术方案如下：一种用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，包括金属大颗粒、小颗粒铝和润滑相，所述金属大颗粒为镍、铜、铝硅合金、铜铝合金、镍铬合金或镍铬铁合金的大颗粒，所述润滑相为六方氮化硼、石墨、聚苯酯、膨润土和/或硅藻土；将所述小颗粒铝和润滑相用粘结剂经过机械包覆团聚工艺粘附于所述金属大颗粒的外表面。本发明提供的用于航空发动机封严涂层的喷涂粉末颗粒，能够增强封严涂层的热稳定性，提高封严涂层的质量，延长封严涂层的使用寿命。用寿命。用寿命。


技术研发人员：袁福河 张眸睿 张艺馨 芦国强 刘礼祥
受保护的技术使用者：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/1/28