[发明专利]铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及热喷涂材料技术领域，特别是一种铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法。

【背景技术】

随着航空工业的日益发展，对航空发动机提出了越来越高的要求。目前，减小压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术就成为了提高发动机性能的主要方法。据资料报道，在一台高压涡轮机内，间隙每减少0.13～0.25mm，油耗就能减少0.5～1.0％，发动机的效率就能提高2％左右。在发动机的和运行过程中，实际上无法使间隙控制为零，因此航空发动机设计和制造时在叶尖与机匣之间要预留2～3mm的间隙。过大的间隙必将使气体大量泄漏，导致发动机效率降低，而封严材料将有助于将间隙减小到最低程度(易茂龙等，航空工艺技术，1998：3)。封严涂层主要应用于航空发动机封严圈、盘(与蜂窝或可刮削涂层配合)，具有动态密封作用，可提高发动机的功率和效率。

可磨耗涂层大多由一定比例的金属相和具有自润滑功能的非金属相的复合材料组成。其中金属相的作用是抗冲蚀、抗氧化，保证涂层自身的强度以及和基体的结合强度。非金属相的作用是保证可磨耗性、减摩、抗粘着，这些非金属大多具有低的硬度、低的剪切强度和低的摩擦系数。

封严技术中所使用的复合粉末依使用温度不同而多种多样，可分为中低温涂层、中温涂层和高温涂层。中低温涂层使用温度小于400℃，主要可磨耗的有效成分是聚本脂或低硬度合金，如铝硅/聚本脂(工作温度小于350℃)，银铜(工作温度在400℃以下)。中温涂层的使用温度为400～550℃，主要可磨耗的有效成分是石墨或六方氮化硼等，如镍包石墨(工作温度在400℃以下)。高温涂层使用温度550～700℃，主要的可磨耗成分是硅藻土和膨润土，如镍/膨润土(工作温度为700℃)。但是现有技术中的铜铝/镍石墨复合粉末制备过程只是简单的物理机械混合，在喷涂过程中成分存在比较大的偏差，而且制备的铜铝/镍石墨涂层硬度偏高，容易损伤对磨件。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种热喷涂用铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法，该铜铝/镍石墨复合粉末材料优化了铜铝与镍石墨的化学成分，改善了涂层的硬度。

本发明为解决上述问题设计了一种铜铝/镍石墨复合粉末材料。它的特征在于所述铜铝镍石墨复合粉末由以下组分(按重量)组成：Ni：20～40％，Cu：40～60％，Al：4～10％，C为余量。

所述复合粉末中镍石墨粉末中间料含Ni：40～85％，C：15～60％。

本发明还公开了铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入原料总1～5％粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，按比例加入Al继续进行均匀搅拌，后使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料；

(2)将上述铜铝合金粉末与按比例加入的镍包石墨粉末中间料，通过机械混合制得铜铝镍石墨复合粉末材料。

本发明还公开了另一种铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入原料总1～5％粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，再按比例加入Al继续进行均匀搅拌，后使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料；

(2)按比例将Ni与C元素与原料总1～5％粘结剂进行充分搅拌，制备出镍石墨粉末中间料，再加入按Ni与C复合粉末重量1～5％的粒度为1～30μm的铝粉，充分搅拌后制备出镍铝石墨粉末中间料；

(3)将上述步骤(1)和(2)得到的铜铝合金粉末与镍铝石墨粉末中间料，通过机械混合制取铜铝镍石墨复合粉末材料。

本发明的有益效果是：本发明使用的铜铝镍石墨属于一种中温封严涂层材料，该粉末具有喷涂加工过程工艺性好，涂层具有合适的硬度、优越的结合强度、封严特性等特点。采用热喷涂工艺制备的铜铝镍石墨涂层具有良好的可磨密封特性，应用在发动机的压气机部件上可以取得很好的密封效果，此涂层的工作温度小于550℃。

【附图说明】

图1超细铝粉形貌(6000X)；

图2铜铝复合粉末的形貌(200X)；

图3镍包石墨粉末颗粒形貌。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】

本发明铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，主要步骤如下：