[发明专利]一种导电可磨耗封严涂层材料及其制备方法

说明书

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种导电可磨耗封严涂层材料及其制备方法。所述的导电可磨耗封严涂层材料包含稀土硅酸盐、导电填料、润滑相和聚酯组成，其中重量百分比为：稀土硅酸盐60％～70％，导电填料20％～30％，润滑相2.0％，聚酯：8.0％。采用固相烧结和机械混合的方法制备粉体材料，利用等离子喷涂工艺制备导电可磨耗封严涂层，通过电火花加工表面构型。本发明中的可磨耗封严涂层材料具有与陶瓷基复合材料基体界面匹配性好、抗水氧能力强和良好的导电性等优势，采用电火花工艺对涂层表面进行结构造型，可以有效提升可磨耗封严涂层与转子材料的刮擦匹配性。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种导电可磨耗封严涂层材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷基复合材料具有低密度、高比强、耐高温、抗氧化、高韧性等优点，有望替代传统Ni基合金或单晶Ni基合金作为航空发动机涡轮外环部件用结构材料。然而采用碳化硅陶瓷基复合材料制备的涡轮外环部件在高温高速环境下易被转子部件刮伤、擦伤和材料粘附，导致复合材料力学性能急剧下降，需要采用可磨耗封严涂层对复合材料基体进行防护。

常见的可磨耗封严涂层包含由硅/莫来石/钡锶铝硅和硅/莫来石/稀土硅酸盐两种体系，采用等离子喷涂或者物理气相沉积的方法制备。在航空发动机的工作环境下，为了提升转子部件和涡轮外环件间的气密性，通常需要在涡轮外环表面制备阻挡气流泄露的封严槽，这就需要对涡轮外环表面的可磨耗封严涂层进行表面构型加工。由于可磨耗封严涂层是一种陶瓷涂层，本身脆性较大、熔点较高，传统数铣加工可磨耗封严涂层存在涂层易开裂、剥落的难题，而采用激光的方法加工可磨耗封严涂层存在成本高、加工周期长的问题。电火花加工是通过放电使工件材料熔化、气化而被去除，不受工件的脆性、内聚强度和韧性等机械性能的影响，可用于难切削材料的加工，电火花加工需要材料本身具有一定导电性，目前可磨耗封严涂层体系均为稀土氧化物，不具备导电性，无法满足电火花加工要求。

总的来说，亟需开发一种加工周期短、成本低和涂层损伤小的加工方法，以满足涡轮外环制件气密性和刮擦匹配性的要求。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明目的在于提供一种导电可磨耗封严涂层粉体材料及其制备方法，本发明中的可磨耗封严涂层采用固相烧结和机械混合的方法制备粉体材料，利用等离子喷涂工艺制备可磨耗封严涂层，该涂层具有与陶瓷基复合材料基体界面匹配性好、抗水氧能力强和良好的导电性等优势，采用电火花工艺对涂层表面进行构型，可以有效提升可磨耗封严涂层与转子材料的刮擦匹配性。

导电可磨耗封严涂层粉体材料包含稀土硅酸盐、导电填料、润滑相和聚酯组成。其中以稀土硅酸盐作为骨架，在1500℃高温条件下相稳定性优异；粉末材料中以小尺寸导电填料、润滑相相和稀土硅酸盐混合烧结造粒，形成的导电填料弥散分布与稀土硅酸盐骨架间，同时导电填料具有良好的化学稳定性和较低的热膨胀系数，有效提高了稀土硅酸盐的导电性，进而改善涂层的电加工性能；粉末中以混合物形式添加大尺寸聚酯，保证粉末在喷涂过程中可以获得较高的孔隙率，高温下聚酯碳化形成无定型碳膜分布于涂层的层间结构和网状裂纹中，同时改善可磨耗封严涂层的刮擦性能和导电性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种导电可磨耗封严涂层粉体材料及其制备方法，所述的导电可磨耗封严涂层粉体材料包含稀土硅酸盐、导电填料、润滑相和聚酯组成，其中重量百分比为：稀土硅酸盐60％～70％，导电填料20％～30％，润滑相相2.0％，聚酯：8.0％。采用固相烧结和机械混合的方法制备粉体材料，可磨耗封严涂层粉体材料的制备过程具体包括以下步骤：

料浆配制：将粒度10μm以下的稀土硅酸盐粉末、2μm以下的导电填料和润滑相粉末按比例混合，按粉体体积含量30％至38％加入去离子水进行球磨处理，加入粉体总重量0.5％烧结助剂和1.0％的分散剂，球磨时间4-24h，得到陶瓷浆料；

喷雾造粒：将球磨好的料将取出后在喷雾造粒塔内干燥制成团聚球形粉末，粉末粒径为45-120μm。