[发明专利]一种可磨耗封严涂层用复合粉末及涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机压气机机匣可磨耗封严涂层用复合粉末成分及涂层制备方法，属于表面工程领域。

背景技术

为了提高发动机效率，降低油耗，可磨耗封严涂层被广泛应用于航空发动机的气路密封领域。国内外大多可磨耗封严涂层材料大都是由一定比例的金属相和具有润滑作用的非金属相组成的粉末。金属相起着抗腐蚀、抗氧化、保证自身涂层强度的作用， 非金属相起着可磨耗、抗粘着的作用。

现有技术中所用的封严涂层粉末材料主要有：铝合金/聚合物涂层由高温聚合物（ 聚酯）与AlSi粉末混合，采用等离子喷涂方法加工而成，耐温可达320℃，具有良好的可磨耗性、自润滑性及抗冲蚀性，但聚合物在制备或服役过程中易被氧化以及AlSi合金室温下的时效硬化，对涂层质量产生重大影响。Al-石墨涂料耐温达450℃，磨损性能与AlSi/聚酯涂料相似，解决了聚合物易氧化的问题，但其抗微粒冲蚀性较差。Ni-石墨可磨耗涂层材料广泛用于低于500℃的压气机部位，但是组分中的C常因受热以CO或CO2的形式损失。镍包硅藻土封严涂层中，硅藻土耐热性能较好，具有良好的抗氧化性、抗冲蚀性和抗热震性，用于750℃以下的涡轮部位封严。NiC/CuAl具有良好的自润滑性能，工作温度为（400~600）℃，可作为航空发动机压气机部件的可磨耗封严涂层。为了提高工作温度，研制了耐温达815℃的NiCrAl-膨润土封严涂层用于压气机部位的封严，NiCrAl具有优异的耐热和抗氧化性，膨润土具有良好的减磨性，但其只适用于高温合金或不锈钢材质的叶片，不适合钛合金叶片材料。

上述现有技术中的各种粉末材料主要是以简单组分的涂层材料为主，难以满足日益提高的性能的要求。为满足对材料多功能、高性能的要求，开发多组元复合粉末涂层不仅可以具有简单组分涂层的性能，还可以因为不同复合涂层材料，而获得特殊性能或具有高性能的涂层。发明专利申请号CN 200710150786.5提供了一种多组元棒材封严涂层材料，但是棒材本身质量不稳定，棒材制备涂层过程喂料操作繁琐，工人操作环境恶劣，而且该棒材不能满足现有常用的等离子喷涂方法。开发多组元复合粉末封严材料是目前发展的主要趋势。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种可磨耗封严涂层用复合粉末及涂层制备方法。

一种用于制备可磨耗封严涂层的复合粉末，按重量百分比由以下物质组成：石墨1.5~2.5%，六方氮化硼15.0~20.0%，二氧化硅4.0~8.0%，二氧化铜10.0~13.0%，二氧化镉3.0~5.0%，铝3.0~5.0%，余量为镍。

使用上述复合粉末制备可磨耗封严涂层的方法为等离子喷涂法，喷涂参数为：电流500~600A，氢气流量8~14L/min，氩气流量30~40L/min，喷涂距离100~150mm，送粉量10~20g/min。

经测试本发明制备的封严涂层的表面洛氏硬度HR15Y为40-60，封严涂层的结合强度≥5 MPa，600℃热震性能水冷50次不开裂，600℃，保温100小时，取出后自然冷却到室温其硬度无明显变化。

本发明的优点是采用该种粉末制备的封严涂层使用温度可达到600℃；结合强度高，可磨耗性能好，优异的抗热震性能，可广泛应用于制备600℃以下的航空发动机封严涂层。

具体实例

将多组元复合粉末按重量百分比进行混合，其中，石墨为2.0%，六方氮化硼为17.0%，二氧化硅为6.0%，二氧化铜为12.0%，二氧化镉为4.0%，铝为4.0%，镍为余量。然后采用造粒的方法制成复合喷涂粉末。采用等离子喷涂方法制成封严涂层，等离子喷涂的工艺参数为电流为550 A，氢气流量为10 L/min，氩气流量为35 L/min，喷涂距离为130 mm，送粉量为15 g/min。经测试表明喷涂态的封严涂层的表面洛氏硬度HR15Y为50。封严涂层的结合强度可达到5 MPa；600℃热震性能水冷50次不开裂；600℃，保温100小时，取出后自然冷却到室温其硬度无明显变化，可广泛应用于制备600℃以下的航空发动机封严涂层。