專利名稱：兩個受保護(hù)的金屬部件之間的接觸表面的保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)經(jīng)受小幅度相對移動的兩個金屬部件之間的接觸表面的方法。本發(fā)明具體涉及渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，并且特別涉及將葉片安裝到一個風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)盤座上，其中葉片的根部被保持在形成于該盤座周邊的槽內(nèi)。本發(fā)明也涉及設(shè)有這種保護(hù)的壓縮機(jī)或渦輪噴氣式風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
在飛機(jī)發(fā)動機(jī)中，已知利用葉片根部承載表面上的銅鎳銦涂層防止在旋轉(zhuǎn)盤座和風(fēng)扇葉片根部之間的小幅移動導(dǎo)致的磨損，所述承載表面與嵌有葉片根部的盤座槽的內(nèi)側(cè)表面相接觸。這個技術(shù)已不再適用于近年來葉片負(fù)載比較重的發(fā)動機(jī)。目前仍在使用的涂層磨損太快，并且也觀察到接觸部件的損壞，特別是盤座承載表面的損壞。盤座有破裂的風(fēng)險，并且可能有盤座自身震裂的后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對一種新型涂層研究的結(jié)果，該涂層比較強(qiáng)固并且適于替代銅鎳銦涂層。在不同的技術(shù)領(lǐng)域，即活塞發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，已知通過沉積一層由二硫化鉬和石墨的混合物微粒制成的自潤滑材料來處理孔的內(nèi)表面，所述微粒分布在一鎳基質(zhì)中。這種潤滑混合物在美國專利No.5 358 753中被描述，并且其適于預(yù)防由兩個接觸部件、具體地講是一個活塞和一個活塞套之間的大幅相對移動導(dǎo)致的磨損。本發(fā)明提出了另一種固體的潤滑物，其比較適用由兩個接觸部件之間的小幅移動導(dǎo)致的剝蝕性磨損。
具體說，本發(fā)明提供了一種保護(hù)經(jīng)受小幅度相對移動的兩個金屬部件之間接觸表面的方法。該方法的特征在于，其包括一個包含將至少一個所述表面包覆在一種僅由分布在一鎳基質(zhì)內(nèi)的石墨微粒構(gòu)成的一種復(fù)合自潤滑材料內(nèi)的操作。
這種自潤滑材料被沉積在嵌入在風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)盤座的槽內(nèi)的葉片根部的至少接觸區(qū)域上。
通過傳統(tǒng)的粉末的熱噴涂，利用由涂鎳石墨微粒構(gòu)成的所述粉末顆粒可以實現(xiàn)這種應(yīng)用。優(yōu)選地，所述熱噴涂是等離子噴涂。
在一個渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)中，自潤滑材料涂覆到其上的金屬基片(在葉片根部上)通常由鈦合金制成。上述限定的自潤滑材料的粘附在理論上是滿足的。但是，如果需要提高這種粘附力，可以在施加自潤滑材料之前在要被包覆的表面上涂覆一層粘結(jié)底層。例如，這種粘結(jié)底層可以由鎳鋁構(gòu)成。這種材料通常在任何金屬基片上結(jié)合良好。其可以通過熱噴涂涂覆，在這種情況下，其呈現(xiàn)出的組織可有助于保持其它噴涂材料，特別是鎳石墨自潤滑材料。
本方法涉及包括在所述復(fù)合自潤滑材料表面上噴涂另一種固體潤滑材料的操作，例如，其它材料可以是二硫化鉬或石墨。這種附加固體潤滑物形成一個最益于降低摩擦的連續(xù)層。由于沉積物的組織包括一定量的孔隙度，所以這種涂層在鎳石墨復(fù)合自潤滑材料上結(jié)合較好。
上述不同材料的熱噴涂優(yōu)選地通過等離子噴涂實現(xiàn)，但是其也可使用其它已知方式包括通過激光實現(xiàn)。
本發(fā)明也提供了一種渦輪噴氣式風(fēng)扇，其包括一個旋轉(zhuǎn)盤座和安裝在盤座周邊的葉片，所述盤座具有槽，葉片根部嵌入的所述槽中，所述風(fēng)扇的特征在于，葉片根部的至少接觸區(qū)域被一種涂層覆蓋，所述涂層包括一層復(fù)合自潤滑材料，該復(fù)合自潤滑材料僅由包覆在一鎳基質(zhì)內(nèi)的石墨微粒構(gòu)成。


根據(jù)僅以示例的方式給出并參照附圖所作的下述說明，本發(fā)明將易于理解并且其它優(yōu)點(diǎn)也會顯現(xiàn)出來。圖中圖1示出了一種粉末顆粒的結(jié)構(gòu)，其用于在要被保護(hù)的一個金屬表面上形成一層復(fù)合自潤滑材料；圖2是依據(jù)本發(fā)明處理的一個表面的示意性剖視圖；圖3是示出了用于處理葉片根部的方法中的一個步驟的執(zhí)行；圖4是依據(jù)本發(fā)明一個風(fēng)扇的示意性局部視圖。
具體實施例方式
為實現(xiàn)本發(fā)明，優(yōu)選使用一種已知的粉末，其中每個顆粒11具有如圖1中示出的結(jié)構(gòu)，即它們是一種被包覆在鎳13內(nèi)的石墨微粒12。從這種顆粒尺寸在20μm到100μm范圍內(nèi)的粉末已得到滿意效果。石墨重量的比例在10％到40％的范圍內(nèi)。
然而，顆粒的尺寸可以是更小的納米級，通過如下所述的熱噴涂方法可提供所述的顆粒尺寸。
在描述比較具體的實施例中，粉末被熱噴涂，優(yōu)選是利用等離子噴涂。這種噴涂(圖3)是利用葉片根部20的接觸區(qū)域18上的一個傳統(tǒng)的等離子噴槍16完成的。應(yīng)該知道葉片根部是風(fēng)扇葉片嵌入在所述風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)盤座上的槽內(nèi)的部分。如圖2所示，當(dāng)熱度可導(dǎo)致一層復(fù)合自潤滑材料32形成在所述接觸區(qū)域上時噴涂粉末，這種涂層由此由分布在一個鎳基質(zhì)內(nèi)的石墨微粒制成。在熱噴涂過程中，通過鎳熔化，顆粒開始彼此焊接，由此自潤滑材料層的厚度內(nèi)具有大批包埋在其內(nèi)的石墨微粒，它們規(guī)則地分布在鎳內(nèi)。
該方法可通過將另一種固體潤滑材料24噴涂在本方法中沉積的復(fù)合自潤滑材料表面上完成，所述另一種材料形成一粘附到鎳石墨層22表面上的均勻?qū)印Ｔ摿硪环N固體潤滑材料可以是二硫化鉬或石墨，特別是，其可以是兩者的混合物。其良好地粘附上先前沉積的鎳石墨層上。這種附加固體潤滑劑的厚度范圍在10μm到50μm。
這種附加層提高了鎳石墨層的潤滑作用，這種鎳石墨層僅在當(dāng)均勻的固體潤滑劑已經(jīng)消耗時開始全部起作用。由此在任何損壞出現(xiàn)之前增加了接觸壽命。當(dāng)使用這種新型涂層28時，實驗已經(jīng)顯示在修理其葉片根部之前渦輪風(fēng)扇的壽命可被提高十倍，其中，涂層28至少包括涂層22，優(yōu)選地包括涂層24，以及可選包括一粘結(jié)底層(未示出)。
鎳石墨層22的厚度可以在50μm到200μm的范圍內(nèi)。其可以直接沉積在金屬基片26上，即直接沉積在構(gòu)成葉片根部20的金屬上，具體地，這種金屬可以是一種鈦合金。然而，如果需要增強(qiáng)鎳石墨層和金屬基片26之間的粘結(jié)力，也可以(在沉積鎳石墨層之前)噴涂一種粘結(jié)底層，如鎳鋁層。
本發(fā)明還提供了一種渦輪噴氣式風(fēng)扇，其包括一個旋轉(zhuǎn)盤座30和安裝在該盤座周邊的葉片32。所述盤座包括槽34，葉片根部嵌入其中，以及葉片根部的接觸區(qū)域被依照上述說明覆蓋一層涂層28，其包括至少一層復(fù)合自潤滑材料，該材料僅由分布在一個鎳基質(zhì)內(nèi)的石墨微粒構(gòu)成。所述涂層可包括覆蓋復(fù)合自潤滑材料層(如圖2所示)的另一層固體潤滑層。該另一層潤滑層可包括石墨和/或二硫化鉬。
例如，一種由鎳鋁制成的粘結(jié)底層可以沉積到葉片根部(傳統(tǒng)的由鈦合金制成)上，在上述復(fù)合自潤滑材料層的下方。
已經(jīng)在下述條件下已經(jīng)進(jìn)行了對比實驗。風(fēng)扇葉片根部被如上所述處理。其它部分被包覆傳統(tǒng)的銅鎳銦。葉片被安裝在一個單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)盤座上，該盤座在發(fā)動機(jī)上進(jìn)行8000轉(zhuǎn)的實驗。在這個周期結(jié)束時，可觀察到銅鎳銦涂覆的葉片根部因磨損損壞并且觀察到涂層剝落。而已經(jīng)依據(jù)本發(fā)明處理過的葉片根部沒有損壞。
為沉積鎳鉻(NiGr)，應(yīng)滿足下述給出的操作條件·等離子噴涂400安培(A)，在55伏(V)電壓下；·鎳鉻粉末的顆粒尺寸為50μm；·噴嘴到部件的距離120毫米(mm)；·噴涂速度每秒320毫米(mm/s)；·兩個部件之間的位移為6mm；以及·涂層的厚度為150μm。
權(quán)利要求
1.經(jīng)受小幅度相對移動的兩個金屬部件之間的接觸表面的保護(hù)方法，其特征在于，該方法包括下述操作將至少一個所述表面包覆在一種復(fù)合自潤滑材料(22)中，該自潤滑材料僅由分布在鎳基質(zhì)(13)內(nèi)的石墨微粒(12)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，這種自潤滑材料被用于包覆渦輪噴氣式壓縮機(jī)葉片根部的接觸區(qū)域(18)。
3.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法包括熱噴涂一種粉末(11)，所述粉末的顆粒由包覆在鎳(13)內(nèi)的石墨微粒(12)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述熱噴涂是等離子噴涂。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述粉末的顆粒尺寸在20μm到100μm的范圍內(nèi)。
6.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，石墨重量的比例在10％到40％的范圍內(nèi)。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法包括下述操作，在涂覆所述的自潤滑材料之前，在所述金屬部件上沉積一種粘結(jié)底層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其物征在于，所述粘結(jié)底層由鎳鋁材料制成。
9.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法包括下述操作，在所述復(fù)合自潤滑材料的表面上噴涂至少一種其它的固體潤滑材料(22)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，這種固體潤滑材料(24)包括二硫化鉬。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，這種固體潤滑材料(24)包括石墨。
12.一種渦輪噴氣式風(fēng)扇，其包括一個旋轉(zhuǎn)盤座(30)和安裝在盤座周邊的葉片(32)，所述盤座具有槽(34)，葉片根部嵌入該槽(34)中，其特征在于，所述葉片根部(20)的至少接觸區(qū)域(18)被一涂層(28)包覆，所述涂層(28)包括一層復(fù)合自潤滑材料，該復(fù)合自潤滑材料僅由包覆在一個鎳基質(zhì)內(nèi)的石墨顆粒構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)扇，其特征在于，所述涂層包括一個粘結(jié)底層，例如鎳鋁層。
14.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)扇，其特征在于，所述涂層包括包覆所述復(fù)合自潤滑材料層的另一層固體潤滑層(24)。
15.如權(quán)利要求14所述的風(fēng)扇，其特征在于，所述另一層包括石墨和/或二硫化鉬。
全文摘要
一種保護(hù)需要相對移動的兩個金屬部件接觸表面的方法。所述方法包括將所述表面的至少一個包覆在一種復(fù)合自潤滑材料(22)內(nèi)，該材料僅由分布在一個鎳基質(zhì)(13)內(nèi)的石墨微粒(12)構(gòu)成。
文檔編號C10M103/02GK1763236SQ20051008324
公開日2006年4月26日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者列昂尼德·列斯涅夫斯基, 亞歷山大·特羅申, 若埃爾·維尼奧 申請人:Snecma發(fā)動機(jī)公司