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专利名称：一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法
技术领域：
本发明涉及热喷涂涂层质量控制技术领域,具体涉及一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法。
背景技术：
火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层为800°C以下使用的中高温可磨耗封严涂层，在军用和民用发动机中大量使用，是发动机气路封严中的关键技术之一。目前国内对火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层的性能质量判定仅有硬度或结合强度等力学性能，对涂层的金相显微组织质量控制处于空白。目前，火焰喷涂NiCrAl/NiC可磨耗封严涂层在使用过程中，已经暴露出一些技术质量问题或质量隐患。随着各种零部件的寿命和耐温要求变得更加苛刻，为保证实际零件的可靠性，单纯采用机械性能及外观检验来进行涂层质量控制已不能满足发动机上热喷涂涂层的质量控制要求，涂层的金相检验是国际上涂层质量控制中不可缺少的指 标之一 O

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的空白，提供一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，以提高火焰喷涂NiCrAl/NiC可磨耗封严涂层的质量控制水平。对涂层精确的评定主要依靠金相制备工艺，因为切割、研磨、抛光工艺过程不正确将影响到真实结构的评估，所以系统地进行制样，并获得可重复性的结果，就显得尤为重要。可磨耗封严涂层结构体系为镍铝粘结层及可磨耗封严面层，面层封严涂层材料通常由两部分材料组成金属基体、固体润滑剂。为保证封严涂层具有一定的可刮削性能，涂层中除了具有一定量的固体润滑剂还存在一定量的孔洞。所以本发明使用环氧树脂对涂层进行真空浸溃，使环氧树脂完全填充到涂层孔洞中，以便随着研磨过程进行，涂层孔洞不会随之增大。镶嵌时的真空度应在IOOmbar以下；根据火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层的硬度及韧性，选取适宜的切割、研磨、抛光参数，以防止试片切割过程及研磨过程破坏涂层结构，防止掉块及孔洞增大，避免涂层显微组织出现假相，影响涂层显微组织的正确判定。抛光时应采用短毛或者无毛抛光布，如果采用直径25mm 40mm的镶样模，每个样品研磨及抛光压力在13牛顿 17牛顿。如果切割速度过快或者砂轮片过厚，制备的金相组织将如图I所示。如果没有采用真空浸溃方式、同时研磨抛光压力较大而造成的涂层显微组织假相，如图2所示。采用本专利提出的方法制备的火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相显微组织形貌如图3所示，涂层中孔洞完全填充，并且各相清晰。实现本发明目的的技术方案按以下工艺步骤进行
本发明的火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，包括涂层金相样品的制作，涂层金相样品拍照和涂层金相样品图片分析几个步骤，涂层金相样品的制作步骤为首先切割涂层样品以获得观测截面，然后将切割后的涂层样品采用真空浸溃方法镶嵌，之后对样品截面进行研磨和抛光，所述的切割采用水冷切割机，砂轮采用SiC或Al2O3，砂轮厚度为I. 5mm 2mm,切割方式可以采用手动或自动方式切割,切割速度在2mm/s以下；
所述的涂层样品采用真空浸溃方法镶嵌，采用环氧树脂作为浸溃液，该方法使环氧树脂尽可能填充到火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层孔洞中，真空镶嵌的真空度为IOOmbar以下，采用直径为25mm 40mm的镶样模；
所述的研磨和抛光的压力为13 17N ;
所述的抛光选用短毛或者无毛抛光布；
所述的涂层金相样品图片分析，其金相指标含量应为50X下观察界面，涂层与基体界面、底层与面层界面结合良好，无翘起、分层现象，界面污染小于20% ；100X下观察面层组织，面层组织均匀，无分层和裂纹现象；孔隙均匀分布，无大的孔隙，孔隙直径< 120μπι。

与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是 该发明成果已应用于中航工业黎明公司军品型号发动机涂层的质量评定，通过涂层金相试样的制备及显微组织的评定，保证了涂层质量的稳定性和一致性，提高了涂层质量控制水平及涂层应用的可靠性。本发明确定的火焰喷涂NiCrAl/NiC可磨耗封严涂层金相制样方法及显微组织检测方法可以在军工及民用行业获得广泛应用，将会产生巨大的社会效益和显著的经济效益。


图I为切割速度过快或者砂轮片过厚时制备的涂层金相组织图片；
图2为未采用真空浸溃方式并且研磨抛光压力较大时制备的涂层金相组织图片；
图3为选用正确制样参数的涂层金相组织图片；
图4为NiCrAl/NiC涂层金属相含量 图5为NiCrAl/NiC涂层孔洞含量图。
具体实施例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
实施例I:首先切割涂层，然后将切割后的涂层进行真空浸溃，最后进行真空镶嵌，研磨和抛光，所述的切割采用水冷切割机，砂轮采用SiC，砂轮厚度为I. 5mm，切割方式选用自动切割，切割速度为I. 5mm/s ；
所述的真空浸溃选用环氧树脂作为浸溃液，使环氧树脂完全填充到火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层孔洞中，真空镶嵌的真空度为90mbar，所述的采用直径为25mm的镶样模；
所述的研磨和抛光的压力为13N ；
所述的抛光选用短毛抛光布；
采用本实施例制备的涂层试样，利用金相显微镜对涂层金相截面进行拍照分析。首先针对图片中石墨相与孔洞无非区分的情况，将相分析图片中代表非金属相的界线向低含量方向拉动，然后采用100X的放大倍数对NiCrAl/NiC涂层进行显微组织判定，涂层组织如图4所示。根据显微镜成像原理，可以判断出图片中亮白相为金属相、灰黑相为非金属相。由于涂层材料成分中石墨相是以镍包石墨的形式存在，所以推断出图片中有灰色相周边包围着亮白相的近球形颗粒即为镍包石墨组织，黑色及无包覆结构的灰黑色组织即为孔洞。根据本发明提出的火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，能够高效识别火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层各相成分，快速进行显微组织定性检测及分析，为科研及生产提供依据；涂层显微组织各相指标确定
可磨耗封严涂层结构体系厚度一般大于2_。所以应采用50X的放大倍数观察基体与粘阶层、粘阶层与面层结合状态，采用IOOX的放大倍数观察面层组织及进行相含量分析。按照发动机设计图纸要求，火焰喷涂NiCrAl/NiC封严涂层硬度HR15Y55 70、涂层结合强度不小于5MPa。采用本专利方法，对发动机涂层生产过程中携带的金相试片进行检测，采用专用相分析软件对涂层典型金相图片进行相含量分析，如图4，图5所示。通过多年的NiCrAl/NiC涂层金相数据累积，在满足发动机使用要求及涂层力学性能的要求时，火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层显微组织各相指标为50X下观察界面，涂层与基体界面、底层与面层界面结合良好，无翘起、分层现象，界面污染小于20% ；100X下观察面层组织，面层组织均匀，无分层和裂纹现象；孔隙均匀分布，无大的孔隙，孔隙直径< 120μπι。(参考值Ni-Cr-Al/Ni-Cg涂层金属相与非金属相含量比例范围为42 49:51 58，典型金属相、石墨相、孔洞含量比例为43:22:35)。 实施例2 :首先切割涂层，然后将切割后的涂层进行真空浸溃，最后进行真空镶嵌，研磨和抛光，所述的切割采用水冷切割机，砂轮采用Al2O3，砂轮厚度为2mm，切割方式选用自动切割，切割速度为2mm/s ；
所述的真空浸溃选用环氧树脂作为浸溃液，使环氧树脂完全填充到火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层孔洞中，真空镶嵌的真空度为IOOmbar以下，采用直径为40mm的镶样模；
所述的研磨和抛光的压力为17N ；
所述的抛光选用无毛抛光布；
涂层样品拍照和涂层样品图片分析方法与实施例I相同。
权利要求
1.一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，包括涂层金相样品的制作，涂层金相样品拍照和涂层金相样品图片分析几个步骤，涂层金相样品的制作步骤为首先切割涂层样品以获得观测截面，然后将切割后的涂层样品采用真空浸溃方法镶嵌，之后对样品截面进行研磨和抛光，其特征在于所述的切割采用水冷切割机，砂轮采用SiC或Al2O3,砂轮厚度为I. 5mm 2mm,切割方式可以采用手动或自动方式切割,切割速度彡2mm/s。
2.根据权利要求I所述的一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，其特征在于所述的涂层样品采用真空浸溃方法镶嵌，采用环氧树脂作为浸溃液，该方法使环氧树脂尽可能填充到火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层孔洞中，真空镶嵌的真空度为IOOmbar以下，采用直径为25mm 40mm的键样模。
3.根据权利要求I 2中任何一个所述的一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，其特征在于所述的研磨和抛光的压力为13 17N。
4.根据权利要求f3中任何一个所述的一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，其特征在于所述的抛光选用短毛或者无毛抛光布。
5.根据权利要求I所述的一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法，其特征在于所述的涂层金相样品图片分析，其金相指标含量应为50X下观察界面，涂层与基体界面、底层与面层界面结合良好，无翘起、分层现象，界面污染小于20% ；100X下观察面层组织，面层组织均匀，无分层和裂纹现象；孔隙均匀分布，无大的孔隙，孔隙直径< 120i!m。
全文摘要
本发明涉及热喷涂涂层质量控制技术领域，具体涉及一种火焰喷涂NiCrAl/NiC涂层金相检测方法。包括涂层金相样品的制作，涂层金相样品拍照和涂层金相样品图片分析几个步骤，涂层金相样品的制作步骤为首先切割涂层样品以获得观测截面，然后将切割后的涂层样品采用真空浸渍方法镶嵌，之后对样品截面进行研磨和抛光，所述的切割采用水冷切割机，砂轮采用SiC或Al2O3，砂轮厚度为1.5mm～2mm，切割方式可以采用手动或自动方式切割，切割速度在2mm/s以下；本发明方法可以在军工及民用行业获得广泛应用，将会产生巨大的社会效益和显著的经济效益。
文档编号G01N1/28GK102798591SQ20121027141
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者张佳平, 康军卫, 李爽, 常秋梅, 岳阳 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司