本发明涉及热喷涂涂层质量控制技术领域，具体涉及一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法。首先对叶片进行湿吹砂处理，然后将进行湿吹砂处理后的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；采用阴极电弧镀方法对前处理后的叶片进行AlSiY涂层涂镀；对涂镀后的叶片进行称量，并进行外观检查；对涂镀后的叶片进行真空热处理：首先将真空加热炉预热到200℃，真空度设置为＜0.2Pa，然后在2～4h内将真空加热炉温度升至850～890℃，并保温30～35h，得到沉积并热扩散的AlSiY涂层；对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理后，得到最终产品。
1.一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：（1）前处理工艺：首先对叶片进行湿吹砂处理，然后将进行湿吹砂处理后的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；（2）采用阴极电弧镀方法对前处理后的叶片进行AlSiY涂层涂镀：首先对叶片进行离子清理，具体的工艺参数为，压强＜5.32×10^-2xa0Pa，电弧电流450～650xa0A，电压250V，电弧镀时间2～6min；然后进行AlSiY涂层涂镀，具体工艺参数为，压强＜5.32×10^-2xa0Pa，电弧电流450～600A，电压30～50V，电弧镀时间35～45min；（3）对涂镀后的叶片进行称量，并进行外观检查；（4）对涂镀后的叶片进行真空热处理：首先将真空加热炉预热到200℃，真空度设置为＜0.2xa0Pa，然后在2～4h内将真空加热炉温度升至850～890℃，并保温30～35h，得到沉积并热扩散的AlSiY涂层；（5）对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理后，得到最终产品；所述的定向凝固合金为DZ22。
2.根据权利要求1所述的一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法，其特征在于所述的步骤（1）中的湿吹砂采用白刚玉砂，其粒度为140～325目，风压0.2～0.4MPa,水压＞2kg/cm²，吹砂距离120～380mm。
3.根据权利要求1所述的一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法，其特征在于所述的步骤（4）中沉积并热扩散的AlSiY涂层厚度为20～40μm。
4.根据权利要求1所述的一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法，其特征在于所述的步骤（5）中的涂层湿吹砂处理采用白刚玉砂，其粒度为120～270目，风压0.12～0.4MPa，水压＞2kg/cm²，吹砂距离100～300mm，吹砂时间30～150s。技术领域
本发明涉及热喷涂涂层质量控制技术领域，具体涉及一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法。
背景技术
镍基定向凝固合金高涡叶片原采用电弧镀NiCrAlY涂层进行防护，该涂层在叶片生产及工作过程中易出现涂层脱落现象，且涂层的服役寿命短，不是全寿命涂层，因此需要对涂层到寿的叶片进行涂层去除和重新涂镀处理，发动机翻修和涂层生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种定向凝固合金高涡叶片的AlSiY涂层的制备方法，无需对叶片进行到寿涂层的返修，可大大降低发动机翻修和涂层生产的成本。实现本发明目的的技术方案按以下工艺步骤进行：（1）前处理工艺：首先对叶片进行湿吹砂处理，然后将进行湿吹砂处理后的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；（2）采用阴极电弧镀方法对前处理后的叶片进行AlSiY涂层涂镀：首先对叶片进行离子清理，具体的工艺参数为，压强＜5.32×10^-2Pa，电弧电流450～650A，电压250V，电弧镀时间2～6min；然后进行AlSiY涂层涂镀，具体工艺参数为，压强＜5.32×10^-2Pa，电弧电流450～600A，电压30～50V，电弧镀时间35～45min；（3）对涂镀后的叶片进行称量，并进行外观检查；（4）对涂镀后的叶片进行真空热处理：首先将真空加热炉预热到200℃，真空度设置为＜0.2Pa，然后在2～4h内将真空加热炉温度升至850～890℃，并保温30～35h，得到沉积并热扩散的AlSiY涂层；（5）对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理后，得到最终产品；所述的定向凝固合金为DZ22；所述的步骤（1）中的湿吹砂采用白刚玉砂，其粒度为140～325目，风压0.2～0.4MPa,水压＞2kg/cm²，吹砂距离120～380mm；所述的步骤（4）中沉积并热扩散的AlSiY涂层厚度为20～40μm；所述的步骤（5）中的涂层湿吹砂处理采用白刚玉砂，其粒度为120～270目，风压0.12～0.4MPa，水压＞2kg/cm²，吹砂距离100～300mm，吹砂时间30～150s。与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是：1.在真空条件下对沉积涂层的合金叶片进行真空热处理。优选真空热处理热扩散温度、真空度、保温时间、升降温速度等工艺参数需要充分考虑热处理对定向凝固镍基合金组织和性能的影响，因此需要结合定向凝固合金的最佳热处理制度指定涂层的真空热扩散工艺。通过上述参数优选得到具有符合涂层技术要求的高温抗腐蚀能力和高结合强度的AlSiY涂层，同时避免定向凝固合金在涂层扩散处理过程中发生再结晶。2.在热扩散处理前涂层成分基本相同，其中Si的含量为3%左右，Y的含量在1～1.9%范围内。热扩散后的AlSiY涂层主要为NiAl相。对AlSiY涂层试样进行弯曲试验，没有明显的涂层剥落现象，说明AlSiY涂层和其它渗铝扩散涂层一样，结合强度非常高，在工作状态下叶片合金经受弯曲变形和热冲击时不容易发生涂层剥落。3.本发明的AlSiY涂层使用寿命在900h以上，可以将NiCrAlY包覆涂层的使用寿命至少延长二倍以上，达到全寿命叶片涂层的使用要求，按照年产量20台发动机计算，涂镀AlSiY涂层比NiCrAlY涂层每年节约叶片涂层生产和发动机维护成本至少245万；4.本发明方法制备的涂层的性能优异、质量可靠稳定，不仅可以在军用航空发动机上使用，而且可以很容易推广至民用燃气轮机等涡轮叶片上使用，延长其使用寿命，同时有着显著的社会效益。
附图说明
图1为本发明AlSiY涂层对DZ22合金在1100℃条件下的等温氧化动力学的影响示意图；图2为未涂镀AlSiY涂层的DZ22合金在燃气热腐蚀100小时后的截面形貌；图3为涂镀AlSiY涂层的DZ22合金在未采用湿吹砂工艺处理条件下在燃气热腐蚀100小时后的截面形貌；图4为涂镀AlSiY涂层的DZ22合金在采用湿吹砂工艺处理条件下在燃气热腐蚀100小时后的截面形貌。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：下述实施例采用的设备型号为：湿吹砂工艺使用北京长空喷砂设备有限公司的SS-3型液体吹砂机；AlSiY涂层涂镀工艺采用俄罗斯产的MA∏型空心阴极电弧镀设备；所用燃气热腐蚀实验装置为北京航空航天大学研制的型号为BUAA-TBC2008的设备；拉伸试验使用AG-250KNE型岛津电子拉力试验机；弯曲疲劳试验机则为英国产E型悬臂式旋转弯曲疲劳试验机。实施例1：（1）前处理工艺：首先对定向凝固合金DZ22燃气涡轮发动机叶片进行湿吹砂处理，采用白刚玉砂，其粒度为140目，风压0.2MPa,水压为2.1kg/cm²，吹砂距离120mm，然后将进行湿吹砂处理后的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；（2）采用阴极电弧镀设备对前处理后的叶片进行AlSiY涂层涂镀：首先对叶片进行离子清理，具体的工艺参数为，压强为5.31×10^-2Pa，电弧电流450A，电压250V，电弧镀时间2min；然后进行AlSiY涂层涂镀，具体工艺参数为，压强为5.31×10^-2Pa，电弧电流450A，电压30V，电弧镀时间35min；（3）对涂镀后的叶片进行称量，并进行外观检查；（4）对涂镀后的叶片进行真空热处理：首先将真空加热炉预热到200℃，真空度设置为0.19Pa，然后在2h内将真空加热炉温度升至850℃，并保温30h，得到沉积并热扩散的AlSiY涂层，其厚度为20μm；（5）对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理，采用白刚玉砂，其粒度为120目，风压0.12MPa，水压为2.1kg/cm²，吹砂距离100mm，吹砂时间30s后，得到最终产品。对得到的最终产品进行燃气腐蚀试验，按HB7740-2004标准进行，条件为表1所示，表1燃气热腐蚀试验条件ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>结果如图2，图3，图4所示，由图可见DZ22合金表面在燃气腐蚀环境中不能形成连续的氧化膜，抗燃气热腐蚀能力差。而由于AlSiY涂层表面腐蚀产物主要为Al、Cr氧化物，无论是否进行湿吹砂处理，两种涂层表面都能在腐蚀气氛中生成连续致密的氧化膜，然而湿吹砂处理涂层表面的氧化膜比未吹砂涂层的薄很多，因此湿吹砂处理涂层抑制了表面腐蚀层厚度的增长，涂层使合金试样900℃燃气热腐蚀100小时后的失重减小了99%以上；对DZ22合金和涂镀AlSiY涂层的DZ22合金进行室温拉伸试验，其结果如表2所示，表2AlSiY涂层对DZ22合金室温拉伸性能的影响ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由此可见AlSiY涂层对DZ22合金室温拉伸性能的影响很小，对DZ22合金及带AlSiY涂层DZ22合金试样进行弯曲疲劳寿命试验，结果如表3：表3DZ22合金及带AlSiY涂层DZ22合金试样的弯曲疲劳寿命ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由此可见涂层对DZ22合金旋转弯曲疲劳性能的影响不大。实施例2：（1）前处理工艺：首先对定向凝固合金DZ22燃气涡轮发动机叶片进行湿吹砂处理，采用白刚玉砂，其粒度为325目，风压0.4MPa,水压为2.2kg/cm²，吹砂距离380mm，然后将进行湿吹砂处理后的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；（2）采用阴极电弧镀设备对前处理后的叶片进行AlSiY涂层涂镀：首先对叶片进行离子清理，具体的工艺参数为，压强为5.30×10^-2Pa，电弧电流650A，电压250V，电弧镀时间6min；然后进行AlSiY涂层涂镀，具体工艺参数为，压强为5.30×10^-2Pa，电弧电流600A，电压50V，电弧镀时间45min；（3）对涂镀后的叶片进行称量，并进行外观检查；（4）对涂镀后的叶片进行真空热处理：首先将真空加热炉预热到200℃，真空度设置为0.18Pa，然后在4h内将真空加热炉温度升至890℃，并保温35h，得到沉积并热扩散的AlSiY涂层，其厚度为40μm；（5）对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理，采用白刚玉砂，其粒度为270目，风压0.4MPa，水压为2.2kg/cm²，吹砂距离300mm，吹砂时间150s后，得到最终产品。实施例3：（1）前处理工艺：首先对定向凝固合金DZ22燃气涡轮发动机叶片进行湿吹砂处理，采用白刚玉砂，其粒度为200目，风压0.3MPa,水压为2.1kg/cm²，吹砂距离200mm，然后将进行湿吹砂处理后的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；（2）采用阴极电弧镀设备对前处理后的叶片进行AlSiY涂层涂镀：首先对叶片进行离子清理，具体的工艺参数为，压强为5.31×10^-2Pa，电弧电流500A，电压250V，电弧镀时间3min；然后进行AlSiY涂层涂镀，具体工艺参数为，压强为5.31×10^-2Pa，电弧电流500A，电压40V，电弧镀时间40min；（3）对涂镀后的叶片进行称量，并进行外观检查；（4）对涂镀后的叶片进行真空热处理：首先将真空加热炉预热到200℃，真空度设置为为0.18Pa，然后在3h内将真空加热炉温度升至870℃，并保温32h，得到沉积并热扩散的AlSiY涂层，其厚度为30μm；（5）对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理，采用白刚玉砂，其粒度为200目，风压0.2MPa，水压为2.1kg/cm²，吹砂距离200mm，吹砂时间60s后，得到最终产品。