[发明专利]一种高沉积率的复合封严涂层粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种提高可磨耗组分沉积率的复合封严涂层粉末及其制备方法，属于燃气轮机技术领域。复合封严涂层粉末由金属骨架组分包覆非金属可磨耗组分构成的复合颗粒和占有一定比例的自由态金属骨架组分颗粒组成，自由态骨架组分颗粒在其熔化及被加速后能够“捕获”其附近的可磨耗组分及复合颗粒，通过覆盖、粘结、裹挟等方式将不易沉积的可磨耗组分附着到基体上，起到辅助沉积的作用，从而提高可磨耗组分及粉末整体的沉积率。本发明可提高复合封严涂层的制备效率、节省成本，在航空发动机和燃气轮机中应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种用于航空发动机压气机气路间隙控制的可磨耗封严涂层复合粉末及其制备方法，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

可磨耗封严涂层涂覆于燃气轮机静子部件表面，在高温高速工况下与转子部件对磨时能够发生主动磨耗，从而可通过转、静子的过盈配合实现转、静子之间最小间隙的控制，同时保护转子部件不被磨损，其对于降低燃气轮机油耗、提高效率和运行安全性具有重要意义。可磨耗封严涂层由可磨耗组分和骨架组分组成，可磨耗组分一般为低剪切强度的非金属材料如石墨、氮化硼、聚苯酯等，提供涂层的可磨耗性；骨架组分一般是Al、AlSi、CuAl、NiCr等金属或陶瓷，赋予涂层一定的强度及抗氧化性等。可磨耗封严涂层最主要的制备工艺为热喷涂。

可磨耗涂层一般采用热喷涂工艺制备，其过程为采用高温高速火焰将涂层材料熔化、加速后，喷射到基体表面形成涂层。可磨耗涂层粉末材料由可磨耗组分和骨架组分组成，可磨耗组分一般为低剪切强度的非金属材料如石墨、氮化硼、聚苯酯等，骨架组分一般是Al、AlSi、CuAl、NiCr等金属或陶瓷。骨架组分容易被高温高速焰流熔化及加速，能够以液态或半固态形式贴合在基体上，在喷涂中具有高的沉积率，而可磨耗组分由于其质轻、易氧化、塑性差等原因，在热喷涂焰流中不易加速、容易烧损、在撞击到基体后容易散落等，导致其沉积率很低。

可磨耗封严涂层中可磨耗组分的含量对其可磨耗性至关重要，但是由于可磨耗组分质轻、易氧化、塑性差、粘附性差等原因，在热喷涂焰流中不易加速、容易烧损、在撞击到基体后容易散落等，导致其沉积率很低，并引起整体粉末的喷涂沉积率较低。可磨耗封严涂层在热喷涂过程中可磨耗组分损失的控制是本领域要解决的一个重要问题。

以往为解决可磨耗组分沉积率低的问题，一般采取骨架组分包覆可磨耗组分的粉末颗粒结构，这种包覆结构的粉末颗粒设计在一定程度上能够提高粉末的沉积率，但是由于具备包覆结构的粉末颗粒在热喷涂焰流中其包覆结构仍然有一定程度的破坏，且其粒径较粗大不易熔化，导致粉末的沉积率仍然较低。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高沉积率的复合封严涂层粉末，克服现有复合封严粉末在喷涂过程中可磨耗组分不易沉积，涂层中可磨耗组分含量低、涂层可磨耗性差，粉末整体沉积率低、生产效率不高等问题，提出了创新的粉末设计和制备方案。

经过本发明人员的不懈努力，发现了利用自由态金属组分颗粒提高封严涂层粉末沉积率的最佳的颗粒组成方案，具体技术方案如下。

一种高沉积率的复合封严涂层粉末，其特征在于，复合封严涂层粉末由两种颗粒组成，一种是金属组分包覆非金属组分的复合颗粒，另一种是自由态金属组分颗粒，所述自由态金属组分颗粒在复合封严涂层粉末中的重量占比为5％～15％。自由态金属组分颗粒的重量占比对于粉末的沉积率有重要影响，占比过少起不到辅助沉积的作用，占比过多则导致涂层中金属组分过多，降低涂层可磨耗性。

复合粉末由金属骨架组分包覆非金属可磨耗组分构成的复合颗粒和占有一定比例的自由态金属骨架组分颗粒组成，自由态金属骨架组分颗粒的粒度较细、自身导热性好，在热喷涂焰流中易于熔化，在其熔化后能够“捕获”其附近的金属骨架组分包覆非金属可磨耗组分构成的复合颗粒，通过覆盖、粘结、裹挟等方式将不易沉积的可磨耗组分粘附到基体上，从而起到辅助沉积的作用，提高可磨耗组分及粉末整体的沉积率。