一种提高铝硅聚苯酯涂层结合性能的方法与流程

本发明涉及一种提高铝硅聚苯酯涂层结合性能的方法，属于表面防护技术领域。

背景技术：

铝硅聚苯酯涂层是应用于航空发动机低压/中压压气机机匣部位的封严涂层，在工作过程中，该涂层需要较低的硬度，以保证转子叶片不受损伤；同时又要保持足够的结合强度，以防止高速刮削过程中的块状脱落。由于涂层的硬度和结合强度具有正相关性，因此，铝硅聚苯酯涂层同时具备较低的硬度和较好的结合强度是一组矛盾的需求。为了解决上述矛盾，研究人员在优化粉末成分、喷涂工艺等方面做了大量的研究工作，得到了综合性能适中的铝硅聚苯酯涂层。但是，以上研究均是通过牺牲矛盾双方彼此的性能为途径，导致无法发挥出铝硅聚苯酯涂层的最大功效。

为了保证铝硅聚苯酯涂层具有较低的硬度，同时不牺牲其结合强度，本发明从优化铝硅聚苯酯涂层与基体之间的界面结构入手，通过设计不同界面结构的基体试样，并利用金相显微镜及拉伸试验机研究涂层与基体结合边的最佳倾角。最终实现在保证铝硅聚苯酯涂层具有较低硬度的同时，提高其与基体的结合性能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高铝硅聚苯酯涂层结合性能的方法。

为了达到上述目的，本发明提供的提高铝硅聚苯酯涂层结合性能的方法包括按顺序进行的下列步骤：

(a)以氦气为主气，以氩气为送粉气和辅气；

(b)喷涂过程中氦气压力为60psi，氩气压力为40psi，氩气压力为80psi，喷涂距离为120mm，喷涂速度为250mm/s；

(c)控制喷涂次数，使得涂层厚度在1000-1200μm。

优化后纵截面上涂层侧边与水平边延长线之间的夹角α为30°。

本发明的优点：

在保证铝硅聚苯酯涂层具有较低硬度的同时，提高其与基体的结合性能。

附图说明

图1所示为铝硅聚苯酯涂层与基体试样之间纵截面的界面结构设计示意图。

图2为新型界面结构的拉伸试样及拉伸配副示意图。

图3(a)-图(c)为界面倾角α分别为90°、60°和30°时，铝硅聚苯酯涂层与基体试样界面处的微观组织结构。

图4所示为界面倾角α分别为90°、60°和30°时，铝硅聚苯酯涂层的拉伸力—位移曲线。

具体实施方式

(1)涂层与基体界面结构设计

图1所示为铝硅聚苯酯涂层与基体试样之间纵截面的界面结构设计示意图，其中，黑色部分表示为铝硅聚苯酯涂层，灰色部分表示为基体试样，涂层厚度为d，涂层底面直径为φ。定义纵截面上涂层侧边与水平边延长线之间的夹角为界面倾角α，图1中界面倾角α1为90°，α2为60°，α3为30°。

(2)新型拉伸试样的设计与计算

图2为新型界面结构的拉伸试样及拉伸配副示意图，其中，拉伸试样为具有新型界面结构的涂层试样，涂层底面直径和拉伸配副的粘接面直径均为φ。

当涂层厚度d均为1mm，界面倾角α分别为90°、60°和30°时，涂层在拉伸过程中的实际受力面积分别为π·φ²/4，π·(φ+0.58)²/4和π·(φ+1.73)²/4。设α为90°时涂层单位面积上承受的最大正拉力为f0，当α为60°和30°时，涂层单位面积上承受的最大正拉力分别为f0·(φ+0.58)²/φ²和f0·(φ+1.73)²/φ²。当φ均为25.4mm时，则在理论上，与α为90°时涂层相比，α为60°和30°时涂层单位面积上的最大正拉力(结合强度)分别提高了4.7％和14.1％。上述计算结果表明，随着界面倾角的减小，涂层的结合强度将逐渐增加。

(3)金相检测

利用imager.a1m蔡司金相显微镜对不同界面结构的涂层进行金相观察和分析。

(4)结合性能检测

利用instron5982拉伸试验机进行不同界面结构涂层的结合性能试验。

图3(a)-图(c)为界面倾角α分别为90°、60°和30°时，铝硅聚苯酯涂层与基体试样界面处的微观组织结构。从图2(a)中可以看出，当界面倾角α为90°时，涂层与基体侧面的界面之间发生了明显的不连续，脱离范围为0.276～0.476mm。从图2(b)中可以看出，当界面倾角α为60°时，涂层与基体侧面的界面之间没有发生脱离，但是该处镍铝底层厚度明显减薄且厚度不均匀。从图2(c)中可以看出，当界面倾角α为30°时，涂层与基体侧面的界面之间结合良好且镍铝底层分布比较均匀。该结果表明，界面倾角的减小有利于提高涂层与基体侧面界面之间结合性能。

图3所示为界面倾角α分别为90°、60°和30°时，铝硅聚苯酯涂层的拉伸力—位移曲线(每个界面倾角取5组试样)。从图3中可以看出，随着界面倾角的减小，涂层断裂前的最大拉伸力逐渐增加。

表1为界面倾角α分别为90°、60°和30°时，铝硅聚苯酯涂层的结合强度统计结果。从表1中可以看出，α为90°、60°和30°时，铝硅聚苯酯涂层的结合强度分别为5.57mpa、5.76mpa和6.21mpa。该结果表明，随着界面倾角的减小，铝硅聚苯酯涂层的结合强度逐渐增加，与α为90°时涂层相比，α为60°和30°时涂层的结合强度分别提高了4.16％和12.29％。

表1不同界面倾角涂层的结合强度

技术特征：

技术总结
一种提高铝硅聚苯酯涂层结合性能的方法。其包括按顺序进行的下列步骤：(a)以氦气为主气，以氩气为送粉气和辅气；(b)喷涂过程中氦气压力为60psi，氩气压力为40psi，氩气压力为80psi，喷涂距离为120mm，喷涂速度为250mm/s；(c)控制喷涂次数，使得涂层厚度在1000‑1200μm。本发明的优点：在保证铝硅聚苯酯涂层具有较低硬度的同时，提高其与基体的结合性能。

技术研发人员：王志平;丁坤英;程涛涛;刘延宽;路鹏程
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：2017.04.25
技术公布日：2017.09.12