提升发动机遵循是航空限度磋议的重心,气流败露会缩短发动机的遵循,因此减少败露关于航空发动机的发展具有抨击兴味兴味。频繁在旋转部件和静止部件之间预备密封系统以幸免气流发生败露。其中一种密封系统称为篦齿密封,由旋转部件上的篦齿和静止部件上的衬套构成。在分歧称旋转部件发生要紧挫伤或磨损时,带有可磨耗材料的衬套不错使篦齿鳍片发生摩擦,同期保合手有用的密封界面。摄取欺压密封结构缺陷来缩短气体败露的交替经济、有用[1]。为了顾惜转子与静子金属对磨产生过高的温度,一般将篦齿尖端加工成薄带结构。在篦齿尖端等要津部位制备防护涂层,以幸免最驱动动掸时的切入以及瞬态极点操作时产生的对磨对发动机酿成损坏,并减小零件的磨损历程。制备防护涂层不错蔓延篦齿的使用寿命、缩短其爱戴资本[2]。
频繁摄取花样管束法制备金属花样耐磨防护涂层,花样管束法包括物理气相千里积(PVD)[3]、化学气相千里积(CVD)[4]、化学镀[5]和复合电千里积[6]等,其中复合电千里积是坐褥金属基复合涂层最抨击的工夫之一,其具有工艺苟简、千里积速度较快等优点。含有固体颗粒的涂层,如SiC[7]、Al2O3[8]、WC[9]、碳纳米管(CNT)[10]和金刚石[11]等具有较好的耐磨性和分散硬化性能。立方氮化硼(cBN)[12]具有近似于金刚石的优异物理和化学特质,如高硬度、高热导率、大带隙和高击穿场强等,因此cBN颗粒常被选为增强涂层耐磨性能的第二相。在篦齿型面等部位制备主动切削涂层的工夫海外已发展较为闇练,相关居品已闇练应用于新一代航空发动机中,cBN因具有精粹的切削性、耐高温性及电千里积合乎性,成为海外航空发动机组件主动切削涂层中最常使用的切削相。但在篦齿花样制备复合电千里积Ni－cBN主动切削涂层的公开报谈较少。笔者制备了Ni－cBN复合电千里积涂层,磋议了涂层的组织、纠合强度、抗热震性能及涂层对基膂力学性能的影响,并考证了复合电千里积工艺的后果。
1. 测验材料及交替
1.1 测验材料
试样基体材料采纳FGH95镍基高温合金,将雾化高温合金粉末进行热等静压成型后,再锻酿成型。制造出的高温合金粉末的化学因素如表1所示。在600 ℃使命要求下,FGH95镍基高温合金具有优异的综协力学性能[13]。对尺寸(直径×厚度,下同)为25 mm×4 mm的试样进行显微组织分析和纠合强度测试。对具备篦齿局部仿形齿尖和齿面结构的模拟试样进行涂层抗热震性能测试(见图1)。
Table 1. FGH95镍基高温合金粉末的化学因素
图 1 具备篦齿局部仿形齿尖和齿面结构的模拟试样外不雅
1.2 涂层制备
在对试样进行复合电千里积前,先用丙酮超声清洗试样花样,以裁撤花样油污。使用氯化镍冲击镀液体系当作涂层冲击预镀液,制备预镀层,以提升基体与Ni－cBN涂层的纠协力。摄取瓦特镀液体系将磨料颗粒均匀、完整地镀覆在试样花样。使用的磨料颗粒为单晶立方氮化硼,花样粒度为140目(1目＝25.4 mm)。复合电千里积完成后摄取真空热管束炉对复合电千里积涂层进行热管束,以放弃涂层里面应力,热管束工艺为：真空度不低于5×10－3 Pa,以10 ℃/min升温速度升至400 ℃后保温2 h,随炉冷却。
1.3 测验交替
1.3.1 显微组织不雅察
使用扫描电子显微镜(SEM)对涂层厚度、Ni层厚度、涂层中cBN粒度、cBN埋深进行不雅察,并不雅察篦齿模拟试样截面的Ni－cBN涂层组织[14]。
1.3.2 纠合强度测试
领先在尺寸为25 mm×4 mm的FGH95试样一面制备Ni－cBN涂层,应用钎焊的交替将圆片有、无涂层的两个圆鉴识焊合在两根尺寸为25 mm×50 mm的316不锈钢谈判上；随后依据GB/T 228.1—2010 《金属材料 拉伸测验 第1部分：室温测验交替》将该钎焊试样加工成拉伸试样,并对试样进行抗拉强度测试。由于Ni－cBN涂层的纠合强度一般低于涂层与不锈钢钎焊纠合强度,也低于FGH95基体与不锈钢钎焊纠合强度,施加拉力后,涂层领先会从里面或与FGH95的界面处断开,因此不错通过这种交替来判断Ni－cBN涂层的纠合强度。
1.3.3 抗热震性能测试
使用风冷热震的交替对试样进行涂层抗热震性能测试,具体测试交替为：将带有Ni－cBN涂层的试样放入600 ℃马弗炉中,保温10 min后去除,摄取常温压缩空气进行风冷降温3 min,然后再次将试样放入600 ℃马弗炉中保温,如斯轮回1 200次或至涂层零星。
1.3.4 涂层对基膂力学性能的影响
依据GB/T 228.1—2010将FGH95合金基体加工成拉伸和合手久力学性能试样,摄取复合电千里积工艺在试样标距区外在面制备Ni－cBN涂层,鉴识依据GB/T 228.1—2010和GB/T 228.2—2015 《金属材料 拉伸测验 第2部分：高温测验交替》对带有涂层的力学试样进行室和煦高温(650 ℃)拉伸测验,以及高温合手久力学性能测试。
2. 测验扫尾
2.1 显微组织刻画
涂层总厚度和Ni层厚度的测量扫尾如图2所示,涂层总厚度由颗粒最高点到基体的距离决定。由表2可知：试样涂层总厚度鉴识为132.01,102.28,136.38,92.38 μm,平均厚度为115.76 μm；试样Ni层厚度鉴识为82.09,76.46,83.88,80.59 μm,平均厚度为80.76 μm。
图 2 涂层总厚度和Ni层厚度的测量扫尾
2.2 纠合强度
对Ni－cBN涂层钎焊试样进行抗拉强度测试,试样拉断后,断裂面均位于Ni－cBN涂层部位(见图3)。试样的抗拉强度测试扫尾为160～181.8 MPa。断裂面均位于Ni－cBN涂层部位,因此试样的抗拉强度即为涂层纠合强度。
图 3 Ni－cBN涂层钎焊试样拉断后的宏不雅刻画
2.3 抗热震性能
图4为带有Ni－cBN涂层篦齿模拟试样600 ℃风冷热震1 200次后的宏不雅及微不雅刻画。由图4可知：在履历了600 ℃风冷热震1 200次后,篦齿模拟试样花样Ni－cBN涂层未发生开裂或涂层剥落表象,涂层合座保合手圆善,评释篦齿型面Ni－cBN主动切削涂层具有精粹的抗热震性能。
图 4 带有Ni－cBN涂层篦齿模拟试样600 ℃风冷热震1 200次后的宏不雅及微不雅刻画
2.4 涂层对基膂力学性能的影响
鉴识对有、无涂层的试样进行室和煦高温拉伸测验,以及高温合手久力学性能测试,扫尾如表2～4所示。
Table 2. 有、无涂层试样室温拉伸测验扫尾
Table 3. 有、无涂层试样高温拉伸测验扫尾
Table 4. 有、无涂层试样高温合手久力学性能测试扫尾
由表2～4可知：有涂层试样的室和煦高温拉伸性能,以及高温合手久力学性能和无涂层试样基本终点,制备Ni－cBN涂层未对FGH95基体的室和煦高温力学性能酿成不利影响。
3. 复合电千里积工艺考证
对模拟试样进行复合电千里积管束,复合电千里积后模拟试样的宏不雅刻画如图5所示。由图5可知：模拟试样花样Ni－cBN主动切削涂层外不雅精粹、紧密且均匀踱步,涂层无裂纹、金属瘤、漏镀、翘起及剥落等表象,镀覆后果均匀。
图 5 复合电千里积后模拟试样的宏不雅刻画
在模拟试样的截面切取试样,试样的SEM刻画如图6所示。由图6可知：Ni层在篦齿型面上的厚度为50～120 μm,涂层与基体纠合紧密,cBN颗粒在齿状结构上踱步均匀,Ni层与cBN颗粒各个斗殴面均紧密纠合。
图 6 模拟试样截面的SEM刻画
4. 论断
摄取复合电千里积工艺在FGH95镍基高温合金和模拟试样花样制备了平均厚度为115.76 μm 的Ni－cBN主动切削涂层。涂层与基体纠合紧密,涂层纠合强度大于160 MPa。涂层抗热震性能优异,600 ℃热震1 200次后Ni－cBN涂层无裂纹及涂层剥落表象,涂层保合手圆善。涂层对FGH95基膂力学性能无显著影响。
复合电千里积工艺可在复杂型面篦齿花样制备与基体紧密纠合、cBN颗粒踱步均匀的Ni－cBN涂层,对复杂型面篦齿形成完整保护。
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