一种航空发动机钎焊用耐磨涂层的设计思路

文摘   科技   2023-11-12 16:21   上海  

关键词:航空发动机,耐磨涂层,钎焊,设计要求

前言

本文通过介绍一种用于航空发动机耐磨结构的涂层钎料带的开发,让读者了解其设计过程及工艺要求。该耐磨涂层通过高温钎焊实现与基体连接,从而替代热喷涂工艺。

该耐磨钎料不仅可以用于航空发动机新零件的制造,而且还可以广泛应用于服役零件的维修和升级需求。

整体思路

初步设计是将两种或两种以上的合金粉末按比例进行混合,其中至少要有一种粉末是可钎焊的合金,随后通过烧结工艺将这些粉末成型为带状材料。通过机械加工的方式将该带材加工成与零件随形的尺寸,通过电阻点焊的工艺焊接到零件上。

通过高温钎焊工艺,将该钎料熔化并与基体结合。在这个过程中,钎料几乎不流动或者仅有有限的流动,从而实现在零件表面形成耐磨涂层的目的。

该钎料带获得的涂层,其耐磨性要能与热喷涂的涂层等同,并且成本必须要比后者低。

成分设计

为了实现耐磨性能,可以考虑在热喷涂涂层成分的基础上进行修改,添加一定比例的可钎焊的合金粉末,要使得合金整体的钎焊温度适应于所需的零件。

烧结后的孔隙率要低,并且与零件基体的结合性能要好。钎料带制造成型后,通过测试其硬度,要与热喷涂的涂层相当,并与不同热喷涂条件下的涂层进行耐磨性能的比对试验。

加工能力

对该钎料带进行机加或者打磨,获得所需要的外形轮廓和尺寸厚度等。机加时要注意匹配零件的特征,比如安装孔等。或者,在随形模具上进行锻压,成型出于零件形状匹配的钎料带,避免装配过程对钎焊质量的影响。

电阻焊接、钎焊过程要控制好,注意防止钎料带断裂、表面以及内部产生缺陷等问题。当零件本身含有钎焊工艺时,可以考虑通过调节钎料带的成分,或者改变原有钎料和钎焊工艺,从而能够将这两个钎焊过程合二为一。

应用优势

通过调节不同的合金成分和配比,能够得到应用于不同发动机、不同耐磨结构件所需的钎料。

钎料带的厚度可以根据零件服役要求,也可以根据零件修复所需的尺寸进行加工。可见,该钎料带在维修零件时同样具有非常大的优势。

通过发动机台架测试证明,在相似的摩擦力的条件下,耐磨钎料带涂层展现出比热喷涂涂层更强的附着力。这是因为耐磨钎料涂层与基体形成的是冶金结合,不易磨损产生碎屑。

基于以上优势,目前该耐磨钎料带技术已经广泛应用于不同发动机机型的高低压涡轮的耐磨件、密封件以及排气结构,等等。

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