[发明专利]一种聚苯酯硅铝可磨损封严涂层复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属加工和材料领域，具体为一种封严涂层复合材料及制备方法。

背景技术

透平压缩机气路封严是提高其效率、降低能耗的关键技术，而封严涂层是最先进的气路密封技术。

大量实验表明，减小压缩机密封的封严间隙，降低密封部位的泄漏，可在不改变压缩机结构的前提下显著提高机组效率。但是运转过程中，由于制造或装配误差、工作时结构变形、运行间的振动等因素，过小的间隙极易引起转子与定子之间的碰撞磨损，进而导致转子损伤或机组停机。

如果使用封严密封涂层改善定子与转子之间的密封性，既能维持小的密封间隙还能缓冲定子与转子间的碰磨，有效阻止刮擦损伤，达到良好的封严效果，从而保证机组的效率和可靠性。理想的封严涂层要求热稳定性强、摩擦系数小、抗氧化性强，应既有足够的强度抵抗外部颗粒及气体的冲蚀，又可被刮削，在叶片与涂层发生摩擦接触时，涂层被刮削却不脱落而叶片尖端不磨损，同时能维持较小的封严间隙，减少气体泄漏。

封严涂层大多选用金属相与非金属相的复合材料。其中金属相具有可喷涂性、结合强度、抗冲蚀性等性能，常用的有镍、钴、铜、铝等及其合金。非金属相提供减磨、抗黏着和自润滑性能，如石墨、聚苯酯、硅藻土等。

使用时需要将封严涂层复合材料通过热喷涂的方式沉积到基材表面，金属相与基材结合，非金属相发挥润滑减磨等作用。

现代高性能热喷涂涂层是一种使用性很强、应用范围广、发展迅速的重要表面工程技术，它利用各种热源，将金属或陶瓷材料迅速加热至熔融或半熔融状态，借助气流雾化并沉积在工作表面形成与基体紧密结合的涂层。由于它具有与基体不同的成分和结构，使基体表面获得特殊性能，以满足工件更高的使用要求。

采用热喷涂工艺，在高温下，某些非金属相如高分子聚合物等容易烧失，因此，需要对现有的技术加以改进，提高有效沉积率，减少烧失量。

聚苯酯硅铝是一种中低温封严涂层，例如美国Mecto（美科）生产的Metco601涂层，其组成为聚苯酯表面包裹的硅铝合金，通常聚苯酯与硅铝合金的质量比为2：3；通过等离子喷涂法附着于基体表面。可用于工业空调压缩机等，在300～400℃环境温度下工作环境。但是这种涂层材料工艺复杂，价格昂贵。需要一种制备聚苯酯封严涂层复合材料的方法，降低生产成本。

发明内容

本发明旨在提供一种聚苯酯硅铝的可磨损封严涂层复合材料，可通过高温火焰将该材料结合到基材上，获得良好的自润滑和密封效果，降低生产和喷涂成本。

本发明采用聚苯酯作为起润滑作用、抗磨的非金属相，铝作为金属相，用于同基体材料结合。

本发明的聚苯酯硅铝可磨损封封严涂层复合材料，粒径为120～160μm，其结构自内向外依次为粒径50～80μm的聚苯酯微球、厚度为10～30nm的二氧化硅薄膜和铝粉层。

以重量百分比计，聚苯酯微球的含量为53.5%～56%，二氧化硅的含量为4.5%～5.3%，铝的含量为39.5%～41.5%。

制备方法包括以下步骤：

（1）10wt～50wt%纳米二氧化硅溶胶与0.5wt%～1wt%甲基丙烯酰氧基类硅烷的水溶液混合，并将pH值调节为3.5～4.5，纳米二氧化硅颗粒的粒径为10～20nm，得到物料a，其中纳米二氧化硅的含量为5wt%～50wt%；或者，

在浓度为0.5wt%～1wt%甲基丙烯酰氧基类硅烷的水溶液中加入粒径为10～20nm的纳米二氧化硅颗粒混合均匀，并将pH值调节为3.5～4.5，得到物料a。

物料a中，以甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅溶胶中硅元素的总量计，甲基丙烯酰氧基类硅烷中的硅元素占硅元素总量的0.1%～1.5%。

聚苯酯粉末粉碎打磨为平均粒径50～80μm的聚苯酯微球，按照1：0.0005～0.01：0.05～5的质量比将聚苯酯微球、水溶性陶瓷粘胶剂和水混合，调成糊状得到物料b；优选的，聚苯酯微球、水溶性粘合剂和水的质量比为1：0.001～0.006：0.2～2。

（2）将物料a和物料b雾化后混合喷雾干燥，使纳米二氧化硅在聚苯酯微球表面形成二氧化硅膜，得到二氧化硅包裹的聚苯酯微球。

以总重量100份计，物料a中的硅元素折合二氧化硅，重量为4～6份，物料b中聚苯酯的重量为94～95份。

用喷雾干燥设备进行喷雾干燥，喷雾干燥设备结构包括干燥塔和位于干燥塔上方的离心雾化器；离心雾化器上带有两个进料口，分别为进料口A和进料口B，离心雾化器的雾化喷头伸入干燥塔内；