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随着航空技术的日益发展及能源的日渐短缺,要求飞机发动机具有更高的效率。提高发动机效率的重要措施之一便是采用封严涂层〔1〕。封严涂层应具有较好的表面质量(气孔数量少且孔径≤1mm)〔2〕和优良的耐磨损性、热稳定性、较小的摩擦系数以及良好的与基体材料的附着性能。理想的封严涂层应既有足够的强度抵抗外部颗粒及气流的冲蚀,又可被刮削,在叶片与涂层发生摩擦接触时,涂层被刮削而叶片尖端不磨损,涂层不脱落,同时缩小气路间隙,减少气体泄漏,以提高飞机发动机的工作效率。目前,国外大多注重封严涂层材料或粉料、喷涂工艺、涂层性能及其它们之间关系的研究〔3〕。我国还处在涂层粉料的仿制试制阶段,主要从国外进口粉料,按提供的工艺参数进行喷涂〔4〕。有关可磨耗性、抗冲蚀方面的基础研究不够,特别是封严涂层中,尽管金属相是典型的塑性材料,但含有大量的孔洞和非金属相,其冲蚀磨损规律的研究报道还不多见〔5〕。

封严涂层大多由一定比例的金属相和具有自润滑作用的非金属相的复合材料组成,其中还有较多的孔洞。传统的封严涂层的制造方法多为热喷涂方法,然而,对于使用温度较低的零件,热喷涂方法显然不能满足要求。因此,研究低温粘结涂层成为解决这一问题的有效方法之一。本课题通过研制一种无机粘结涂料,取代热喷涂方法制备可磨耗封严涂层。

1实验部分

本实验使用的试样材料为45#不锈钢,使用的涂料基料为磷酸二氢铝,主要填料有Al、氧化铝、云母、氮化硼等。涂层在喷涂过程中并非一次喷涂成功,每次喷涂的间隔时间为1h,共喷涂5次。此种喷涂方法的目的一是使涂层与基体有良好的结合强度,二是防止在后续处理的过程中,因水分的蒸发导致涂层的龟裂、起泡等破坏性效果。

本实验使用拉力试验机(FM210KN)进行涂层附着强度的测定,加载速度为10mm/min。附着强度的计算公式为:

F=G/S,(1)

式中:F为涂层的附着强度,N/m2;G为试样被拉开破坏时的负荷值,N;S为涂覆被测涂层试柱的横截面积,m2。

封严涂层的硬度采用MODEL600MRD-S型洛氏硬度仪对样块进行HR15Y的测试,载荷为147N,所测硬度为HRY硬度。采用DSCSP差示扫描量热仪进行涂层的DSC曲线和TGA曲线的测定。通过DSC曲线和TGA曲线讨论涂层的受热粘结机理。

2结果与讨论

2·1涂层的附着强度

由表1可以看出,涂层的结合强度接近于7·0MPa,普通涂料与基体的结合强度大约为4·0MPa。因此,水性无机可磨耗封严涂层与基体材料之间具有较高的附着强度。