[发明专利]一种可磨耗封严用复合粉末、涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可磨耗封严用复合粉末、涂层及制备方法，属于飞机发动机内具有可磨耗性的封严涂层材料制备领域。

背景技术

大推力、高效率、低油耗是航空发动机设计和制造的总体目标，为此应尽量提高涡轮机进口气体温度，减小转子与静子部件之间的间隙。当结构与材料一定时，提高涡轮机进口气体温度是有限的，因而减小压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术就成为提高发动机性能的重要手段。可磨耗封严涂层由于其生产工艺简便，维护和性能调整简易，封严效果好，不稳定现象少等优点在航空发动机上得到广泛应用。

封严涂层位于发动机的压气机和涡轮机的机匣等部位，所处的位置和功能决定了要在较高温度和高速气流冲刷的恶劣条件下工作。理想的封严涂层应既有足够的强度抵抗外部颗粒及气流的冲蚀，又可被刮削，在叶片与涂层发生摩擦接触时，涂层被刮削而叶片尖端不磨损，涂层不脱落。因此，要求可磨耗封严涂层必须具备下列性能：可磨耗性、抗冲蚀性、结合强度和抗热震性，其他性能如低的摩擦系数、抗粘着性、高的化学稳定性、高的整体强度等。

可磨耗封严涂层材料种类较多，以粉体材料为主，另有少数品种的棒材。通常封严涂层材料由金属材料和非金属材料两类材料复合而成，其中金属材料提供可喷涂性、结构强度和抗冲蚀性，如镍、铝等及其合金；非金属材料提供可磨耗性，通常具有自润滑性能，如聚苯酯、石墨、硅藻土、膨润土、六方氮化硼等；复合方法有化学包覆、物理团聚、机械混合等。可磨耗性和抗冲蚀性是封严涂层最重要又相互矛盾的要求，协调和解决这一对矛盾是封严涂层研究、设计和制造的关键。

因此，现有的涂层材料及其涂层不能满足航空发动机中温段可磨耗封严的需要。

发明内容

本发明为解决现有的涂层材料及其涂层不能满足航空发动机中温段可磨耗封严需要的问题，进而提供一种可磨耗封严用复合粉末、涂层及制备方法，其技术方案包括：

一种可磨耗封严用复合粉末，包括金属元素和可磨耗组分，所述金属元素为镍和铜，所述可磨耗组分为六方氮化硼、石墨或者六方氮化硼和石墨的组合物。

一种可磨耗封严用复合粉末的制备方法，包括：

将所述可磨耗组分表面包覆镍，形成核壳型复合粉末；

将所述核壳型复合粉末与铜粉进行喷雾干燥制粒；

将通过所述制粒获得的粉末进行烧结；

将通过所述烧结获得的粉末进行破碎，并按照产品粒度要求筛分。

又一种可磨耗封严用复合粉末的制备方法，包括：

将镍粉和铜粉混合均匀后烧结；

将通过所述烧结获得的粉末进行破碎筛分，并与所述可磨耗组分混合均匀；

在经过所述混合均匀获的粉末中加入水玻璃搅拌均匀，并将湿料过筛；

对经过所述过筛的湿料进行烘干干燥，并按照产品粒度要求筛分。

又一种可磨耗封严用复合粉末的涂层的制备方法，包括：

将工件进行除油、喷砂预处理，并将所述可磨耗封严用复合粉末进行烘干处理；

在所述工件表面喷涂底层；

采用等离子喷涂所述可磨耗封严用复合粉末，喷涂底层与喷涂所述可磨耗封严用复合粉末之间的时间间隔不超过30分钟，其中所述等离子喷涂的参数为：电流强度380～410A，电压45～55V，喷涂距离80～120mm，喷涂角度70～110°，并且喷涂过程中对所述工件采用压缩空气冷却。

本发明的可磨耗封严复合粉末及由可磨耗封严复合粉末制备的涂层，可以满足航空发动机中温段可磨耗封严的需要，进而提升了发动机的性能。

具体实施方式

本发明提供了下面五个较佳的实施例：

实施例1

采用水热氢还原方法制备镍包石墨，石墨含量为38～42wt％。水热氢还原是一种常规湿法冶金技术，典型工艺参数为：硫酸镍、硫酸铵、氨水按比例配成溶液，溶液中镍离子含量一般为40～70g/L。反应温度为120～150℃，氢气压力为1.0～5.0MPa，催化剂为PdCl₂或蒽醌。

将镍包石墨与铜粉按质量比9∶1混合均匀，将混合粉、粘结剂、水按一定比例(如质量比30∶18∶2)配成料浆，进行喷雾干燥制粒，喷雾干燥用粘结剂为聚乙烯醇或聚乙烯吡洛烷酮，喷雾干燥进口温度一般控制在250～400℃、出口温度一般控制在100～250℃。

将喷雾干燥得到的粉末真空烧结，烧结温度为500～750℃，保温时间为1～4小时。烧结后按产品粒度要求进行筛分即得成品。粒度要求一般为45～315μm，也可根据需要控制更窄的粒度分布，如45～109μm、53～150μm。