一种新型隔热涂层制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机引擎热端部件的表面隔热防护领域，具体为一种热端部件的新型隔热涂层制备方法。
【背景技术】
[0002]长期以来，飞机引擎热端部件(如:燃烧室、叶片等)的抗隔热、防烧蚀、防冲刷能力将直接影响飞机引擎的性能和使用寿命，而国外在高性能飞机引擎热端部件上早已采用隔热等表面防护技术，且制备方法在不断优化，对关键零部件的长期防护能力也越来越优良。但国内对于使用温度达1000°c的隔热涂层制备方法技术介绍较少，且应用中还存在很多冋题。
[0003]飞机引擎热端部件由各种高温合金、热强度钢制成，一般都能在900°C以下长期工作，具有良好的抗高温性能。但飞机引擎热端部件(如:叶片、燃烧室等)长期工作温度为(900?1000) V，其热端部件材料本身抗高温能力显然不足，大都需进行防高温氧化、隔热等表面防护处理。防高温氧化一般采用高温陶瓷涂层技术，陶瓷涂层能达到较好的抗高温氧化效果，但隔热性能较差，飞机引擎工作时依然存在局部温度过高，产生部件高温烧蚀的风险，故需要在陶瓷涂层上增加一层隔热防护涂层，以达到热端部件长期使用不失效的目的。但陶瓷涂层表面光滑，在其表面喷涂隔热涂层后结合力较差。
[0004]随着国内飞机引擎性能不断改进以及长寿命发展的需求，需要研究出一种新型的飞机引擎热端部件用隔热涂层制备方法，以达到热端部件长期隔热防护的目的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于飞机引擎热端部件的新型隔热涂层制备方法，解决热端部件长期工作温度在900°C?1000°C条件下的隔热防护问题。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]一种新型隔热涂层制备方法，具体步骤如下:
[0008](1)改善涂敷前处理
[0009]涂敷前轻吹砂:工件涂敷隔热涂层之前，表面存在一层表面光滑的陶瓷涂层；先选用20?80目的刚玉砂或者石英砂，用0.2?0.4MPa的风压对需涂敷隔热涂层表面进行轻吹砂；
[0010]涂敷前预热处理:涂敷前先将工件用烘烤箱预热到50?80°C，然后在进行涂敷隔热涂层；
[0011](2)改善涂料配制方法
[0012]按质量百分比计，所用隔热涂层的原料配比如下:
[0013]金红石30?40%;
[0014]二氧化硅22.5 ?27.5%;
[0015]硅溶胶37.5 ?42.5%;
[0016]机械搅拌:采用瓷球磨罐球磨，球磨时选用直径为10?30mm的瓷球，瓷球与涂料的质量比例为1:1，球磨机转速为250?350r/min，球磨时间控制在40?80min。
[0017]所述的新型隔热涂层制备方法，瓷球磨罐球磨的涂料经过270目的黄铜网过滤。
[0018]所述的新型隔热涂层制备方法，工件涂敷隔热涂层之前，表面的陶瓷涂层厚度为0.03 ?0.08mmo
[0019]所述的新型隔热涂层制备方法，隔热涂层的厚度为0.1?0.25mm。
[0020]本发明的优点及有益效果是:
[0021]采用本发明的隔热涂层在飞机引擎上使用，主要应用于引擎燃烧室及叶片上，该涂层对于用各种高温合金、热强度钢制成的零件具有良好的隔热防护作用，适于飞机引擎在1000°C温度下长期工作。热端部件涂覆隔热涂层后，可以延长一个寿命周期，使零件的工作寿命由原来的300h提高至600h以上。同时，该材料可以拓展至其他类似材料和工况的飞机引擎上使用。
【具体实施方式】
[0022]在具体实施过程中，工作温度在(900?1000) °C的飞机引擎热端部件(如:叶片、燃烧室等)由热强度钢及高温合金制造而成，但由于飞机引擎长期在恶劣的高温环境下工作，其热端部件材料本身抗高温能力显然不足，大都需进行防高温氧化、隔热等表面防护处理。本发明结合上述问题开展近300次隔热涂层制备方法技术研究，通过改善涂前处理方法、涂料配制工艺，研究出一种新型的隔热涂层制备方法，实现两种涂层的良好结合，使热端部件达到保证涂层抗高温氧化前提下的长期隔热目的，具体步骤如下:
[0023](1)改善涂敷前处理
[0024]增加涂敷前轻吹砂:工件涂敷隔热涂层之前，表面存在一层表面光滑的陶瓷涂层(陶瓷涂层的厚度为0.03?0.08mm)，若直接在其上涂敷隔热涂层，结合力势必很差。现先选用(20?80)目的刚玉砂或者石英砂，用(0.2?0.4)MPa的风压对需涂敷隔热涂层表面进行轻吹砂，达到粗化表面的目的，有效增强隔热涂层与陶瓷涂层之间的结合力。
[0025]增加涂敷前预热处理:工件如果在冷状态下进行涂敷，隔热涂层与工件之间的温度差会影响涂层的结合力，最终导致涂层脱落，若采用热涂敷的方式，涂敷前先将工件用烘烤箱预热到(50?80) °C，然后在进行涂敷隔热涂层，能有效增加涂层的结合力。
[0026]通过上述前处理的改善，与原来不进行吹砂及预热处理相比，所制备得到的隔热涂层，结合力明显增强，涂层脱落现象明显减少。
[0027](2)改善涂料配制方法
[0028]涂料的配比:将所用隔热涂层的原料配比(质量百分比)控制在以下范围内，最终获得的隔热涂层质量是比较稳定的。
[0029]金红石(30 ?40) % ;
[0030]二氧化硅(22.5 ?27.5) % ;
[0031]硅溶胶(37.5 ?42.5) % ;
[0032]增加机械搅拌(球磨):传统配料采用人工搅拌所得到的涂料，原料混合不均匀，涂敷后常出现疙瘩、气泡等缺陷。增加瓷球磨罐球磨后，所得涂层上述缺陷能有效避免，球磨时应选用直径为10?30mm的瓷球，瓷球与涂料的质量比例为1:1，球磨机转速为250?350r/min，球磨时间应控制在40?80min。
[0033]增加涂料过滤:充分搅拌过的涂料经过270目的黄铜网过滤后，所得涂层疙瘩、颗粒等缺陷明显改善，涂层结合力显著增强。
[0034]通过上述涂料配制方法的改善，加入新的涂料搅拌方式(机械搅拌)及过滤要求，所配制的涂料更加均匀细腻，所制备得到的隔热涂层(隔热涂层的厚度为0.1?0.25mm)表面更加平整、光滑，疙瘩、颗粒等缺陷明显减少，涂层在后续使用过程中脱落现象明显降低，该涂层的保护效果体现得更加显著。
[0035]下面，通过实施例对本发明进一步详细说明。
[0036]实施例1
[0037]本实施例中，工件涂敷隔热涂层之前，表面存在一层表面光滑的陶瓷涂层，陶瓷涂层的厚度为0.075mm。
[0038]按质量百分比计，所用隔热涂层的原料配比如下:
[0039]金红石35% ；
[0040]二氧化硅25% ；
[0041]硅溶胶40% ；
[0042]吹砂参数:砂子粒度60目，风压0.3MPa ；
[0043]预热参数:温度65°C ；
[0044]球磨参数:瓷球直径20mm，转速300r/min，球磨时间45min ；
[0045]过滤网:270目；
[0046]采用上述前处理参数对工件进行涂敷前处理，使用上述涂料配制工艺所得涂料进行工件涂敷，所制备出的涂层经烧结固化后，涂层完整，外观颜色均匀，表面无疙瘩、气泡等缺陷，涂层无脱落现象，隔热涂层的厚度为0.23mm。
[0047]实施例2
[0048]本实施例中，工件涂敷隔热涂层之前，表面存在一层表面光滑的陶瓷涂层，陶瓷涂层的厚度为0.075mm。
[0049]按质量百分比计，所用隔热涂层的原料配比如下:
[0050]金红石30% ；
[0051]二氧化硅27.5%;
[0052]硅溶胶42.5%;
[0053]吹砂参数:砂子粒度60目，风压0.3MPa ；
[0054]预热参数:温度65°C ；
[0055]球磨参数:瓷球直径20mm，转速300r/min，球磨时间45min ；
[0056]过滤网:270目；
[0057]采用上述前处理参数对工件进行涂敷前处理，使用上述涂料配制工艺所得涂料进行工件涂敷，所制备出的涂层经烧结固化后，涂层完整，外观颜色均匀，表面无疙瘩、气泡等缺陷，涂层无脱落现象，隔热涂层的厚度为0.23mm。
[0058]实施例3
[0059]本实施例中，工件涂敷隔热涂层之前，表面存在一层表面光滑的陶瓷涂层，陶瓷涂层的厚度为0.075mm。
[0060]按质量百分比计，所用隔热涂层的原料配比如下:
[0061]金红石40% ；
[0062]二氧化硅22.5%;
[0063]硅溶胶37.5%;
[0064]吹砂参数:砂子粒度60目，风压0.3MPa ；
[0065]预热参数:温度65°C ；
[0066]球磨参数:瓷球直径20mm，转速300r/min，球磨时间45min ；
[0067]过滤网:270目；
[0068]采用上述前处理参数对工件进行涂敷前处理，使用上述涂料配制工艺所得涂料进行工件涂敷，所制备出的涂层经烧结固化后，涂层完整，外观颜色均匀，表面无疙瘩、气泡等缺陷，涂层无脱落现象，隔热涂层的厚度为0.23mm。
[0069]实施例结果表明，本发明通过涂前处理方法、涂料配制方法获得隔热涂层，隔热涂层主要用于飞机引擎热端部件的防护(如燃烧室、叶片等)。每台飞机引擎热端部件产值约为(20?50)万元，因延长热端部件的使用寿命周期，则每台飞机引擎可节约(维修)制造成本也为(20?50)万元。此外，还可以拓展至有其他类似材料和工况的引擎或动力装置热端部件上使用。
【主权项】
1.一种新型隔热涂层制备方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)改善涂敷前处理 涂敷前轻吹砂:工件涂敷隔热涂层之前，表面存在一层表面光滑的陶瓷涂层；先选用.20?80目的刚玉砂或者石英砂，用0.2?0.4MPa的风压对需涂敷隔热涂层表面进行轻吹砂； 涂敷前预热处理:涂敷前先将工件用烘烤箱预热到50?80°C，然后在进行涂敷隔热涂层； (2)改善涂料配制方法 按质量百分比计，所用隔热涂层的原料配比如下: 金红石 30?40 % ； 二氧化硅 22.5?27.5%; 硅溶胶 37.5?42.5%; 机械搅拌:采用瓷球磨罐球磨，球磨时选用直径为10?30mm的瓷球，瓷球与涂料的质量比例为1:1，球磨机转速为250?350r/min，球磨时间控制在40?80min。2.按照权利要求1所述的新型隔热涂层制备方法，其特征在于，瓷球磨罐球磨的涂料经过270目的黄铜网过滤。3.按照权利要求1所述的新型隔热涂层制备方法，其特征在于，工件涂敷隔热涂层之前，表面的陶瓷涂层厚度为0.03?0.08mm。4.按照权利要求1所述的新型隔热涂层制备方法，其特征在于，隔热涂层的厚度为.0.1 ?0.25mm。
【专利摘要】本发明涉及飞机引擎热端部件的表面隔热防护领域，具体为一种热端部件的新型隔热涂层制备方法。该方法通过增加涂敷前轻吹砂、增加涂敷前预热处理、增加机械搅拌(球磨)、增加涂料过滤，改善涂前处理方法、涂料配制工艺，实现两种涂层的良好结合，使热端部件达到保证涂层抗高温氧化前提下的长期隔热目的。通过上述涂料配制方法的改善，加入新的涂料搅拌方式(机械搅拌)及过滤要求，所配制的涂料更加均匀细腻，所制备得到的隔热涂层表面更加平整、光滑，疙瘩、颗粒等缺陷明显减少，涂层在后续使用过程中脱落现象明显降低，该涂层的保护效果体现得更加显著。采用本发明的隔热涂层在飞机引擎上使用，主要应用于引擎燃烧室及叶片上。
【IPC分类】C23C24/08
【公开号】CN105297002
【申请号】CN201510812281
【发明人】耿成翔, 孙慧艳, 滕志强, 杜兴盛, 李四海
【申请人】沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月20日