[发明专利]一种复合粉体的制备方法、动摩擦密封涂层及制备方法

说明书

本发明提供一种氧化铬/石墨烯复合粉体的制备方法，将Cr₂O₃与石墨烯分别造粒，并设计了Cr₂O₃与石墨烯球形粉的比例，使复合粉体中Cr₂O₃与石墨烯均呈球形，粒径分布为40～120μm，相比石墨烯粉体直接添加到Cr₂O₃热喷涂粉末中，具有更好的流动性以及喷涂性能，得到一种用于动摩擦密封涂层的氧化铬/石墨烯复合粉体；提供一种氧化铬/石墨烯动摩擦密封涂层的制备方法，利用上述复合粉体通过等离子喷涂得到一种新型氧化铬/石墨烯动摩擦密封涂层，涂层具有双相化学组成，结构上致密/疏松组织多元协调，解决了现有氧化铬涂层制备过程中应力过大造成开裂的问题，同时涂层自润滑作用降低了磨耗速率，能够满足高速摩擦动环表面动密封的需求。

技术领域

本发明涉及一种动摩擦密封涂层用复合粉体、动摩擦密封涂层及制备方法，属于热喷涂领域。

背景技术

随着新一代航空航天装备飞行速度的增快，对发动机涡轮泵端面动密封的要求更高，动环作为高转速(20000～40000r/min)条件下的关键密封部件，常常在重载、高速、腐蚀等环境下工作，要求具有较好的延展性和耐磨性。硬质合金材料通常具有良好的强度和韧性，但是摩擦损耗速率较快，通常需要涂覆耐磨涂层，既改善了表面的密封效果，又降低了涂层的动摩擦系数，降低能量损耗。

目前动环选用的材料主要有WC、TiN、Al₂O₃及Cr₂O₃等，制备技术有超音速火焰喷涂(HVOF)和大气等离子喷涂(APS)、其中应用最为广泛的是APS技术制备的Cr₂O₃涂层，源于其较好的耐磨、抗腐蚀性能以及加工性能。但在制备过程中，为了获得较大的硬度和耐磨性能，要求喷涂功率较高，以期获得较高的致密度，但是随之而来的问题是一旦超过一定厚度，Cr₂O₃涂层从根部龟裂，服役环境下存在雪崩式剥离的风险。此外，Cr₂O₃涂层韧性较差，长期工作后容易出现涂层磨耗速率大大加快，造成摩擦副过早失效。因此有必要研制一种既能降低Cr₂O₃基涂层制备过程中热应力，又能在服役工况下具有自润滑效果的复合涂层。

石墨烯是一种单层或多层二维蜂窝状晶体结构的碳质新材料，同一层内碳原子以共价键结合，而层间以分子间作用力结合，因此在外力作用下，层间极易产生滑移，可以用作自润滑减磨涂层填料。有研究将石墨烯添加剂与氧化物或碳化物粉体球磨混合后喷雾造粒，然而在等离子喷涂过程中，由于活性较高，容易发生石墨烯与其他物质的反应，得到的涂层中石墨烯含量很少，且形成了大量的杂质夹杂，丧失了添加石墨烯的设计初衷。目前报道中未见氧化铬/石墨烯复合涂层的相关报道，如何在制备氧化铬/石墨烯复合涂层时，将石墨烯完好保留在涂层中成为一个技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种氧化铬/石墨烯复合粉体的制备方法，将Cr₂O₃与石墨烯分别造粒，并设计了Cr₂O₃与石墨烯球形粉的比例，得到一种用于动摩擦密封涂层的氧化铬/石墨烯复合粉体；提供一种氧化铬/石墨烯动摩擦密封涂层的制备方法，利用上述复合粉体通过等离子喷涂得到一种新型氧化铬/石墨烯动摩擦密封涂层，涂层具有双相化学组成，结构上致密/疏松组织多元协调，解决了现有氧化铬涂层制备过程中应力过大造成开裂的问题，同时涂层自润滑作用降低了磨耗速率，能够满足高速摩擦动环表面动密封的需求。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合粉体的制备方法，包括如下步骤：