[发明专利]一种铸铁工件表面镍包石墨封严涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铸铁工件表面镍包石墨封严涂层及其制备方法，属于复合材料及热喷涂技术领域，以NiAl金属涂层作为结合层提高涂层与基体的结合强度，表面喷涂镍包石墨涂层作为自润滑涂层，组合成稳定的基于铸铁表面热喷涂可磨耗涂层体系，能够有效填充空压机与机匣之间的缝隙，并具有良好的抗冲击、抗热震性能，从而提高空压机的工作效率，NiAl结合层采用丝线电弧喷涂，大粒径镍包石墨封严涂层采用火焰喷涂制备，本发明制备的该双层涂层体系，微观组织结构致密，涂层之间以及涂层和铸铁基体之间结合性能良好，石墨相在涂层中分布均匀。本发明同时具有石墨氧化流失率低、工艺简单、成本低、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点。

技术领域

本发明涉及一种铸铁表面热喷涂镍包石墨封严涂层及其制备方法，属于复合材料及热喷涂技术领域，该发明主要应用于铸铁可磨耗封严涂层领域。

背景技术

铸铁具有强度高、耐疲劳、机械加工性能好、减震吸能等特点，被广泛应用于发动机气缸、变速箱体、曲轴、齿轮等部件。但对于严苛固体润滑的工况要求，铸铁中的石墨含量相对较低，不能满足固体润滑的要求【1 高培虎，王强，李建平等．蠕墨铸铁冲击磨损性能研究[J]．热加工工艺，2016，45(1)：31-34】，从而限制了其应用的范围。如何在不损害基体材料本身机械结构强度的基础上，赋予基材表面自润滑、耐磨损等特殊性能，有效减少由于摩擦磨损而造成的零部件损坏，延长其使用寿命，是当前新材料发展的重要研究方向。利用刷涂、电镀、化学镀、热喷涂等工艺对固体材料表面进行功能化再制造供了有效的解决途径【2Grigorev S N，Kovalev O B， Kuzmin V I，et al．Newpossibilities of plasmaspraying of wear resistant coatings[J]．Journal of Friction and Wear，2013，34(3)：161-165．】。美国航空航天局（NASA）研究表明，航空发动机各部位使用可磨耗封严涂层后效率可提高2%以上，油耗可降低2.5%以上【3 Dawson P，Walker MS，Watson A P. [J].Sealing Technology，2004，12：5.】。随着对航空发动机及地面燃气轮机性能要求的不断提高，可磨耗封严涂层将会发挥越来越重要的作用。

石墨是常见的固体润滑材料之一，但很少作为纯粹的结构材料来使用，通常可与其他材料复合在一起来制备耐磨涂层【4 Tsunekawa T，Ozdemir I，Okumiya M．Plasmasprayed cast iron coatings containing solid lubricant graphite and h-BNstructure [J]．Journal of Thermal Spray Technology，2006，15 (2)：239-245】。铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁）部件虽经常作为单一材料使用，但已很难满足高压、磨损、冲蚀、高温等恶劣工况条件下的使用要求。本发明方法涉及一种基于铸铁表面热喷涂大粒径镍包石墨的封严涂层，涂层由NiAl结合层和镍包石墨表层复合而成，可适用于高压压气机和较高温度工况条件下使用，其最高使用温度可达480℃。

由于等离子喷涂火焰温度较高，易造成石墨在喷涂过程中烧失，影响涂层的自润滑性能【5 于方丽，白宇，吴秀英等，等离子喷涂镍基可磨耗封严涂层抗腐蚀及耐磨性能分析[J]．无机材料学报，2016，31(7)：687-693】。故此，选用普通火焰喷涂工艺，通过工艺参数优化在铸铁基体表面制备镍包石墨可磨耗封严涂层，本发明具有石墨氧化流失率低、工艺简单、成本低、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铸铁工件表面镍包石墨封严涂层及其制备方法。

本发明采用以下技术方案来显现：