CN101158017A

CN101158017A - CuNiIn涂层材料及涂层的制备方法

Info

Publication number: CN101158017A
Application number: CNA2007101502240A
Authority: CN
Inventors: 许根国; 刘葵; 曾克里
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明公开一种CuNiIn涂层材料及涂层的制备方法，其中，CuNiIn涂层材料，为铜镍铟合金粉末，其成分包括有含：镍30～40重量％，铟3～10重量％，铜余量。铜镍铟合金粉末粒度为：－100+500目，主体在－120+400目范围内。采用CuNiIn涂层材料制备CuNiIn涂层的技术，是采用大气等离子或火焰热喷涂工艺，其制备铜镍铟涂层的工艺参数为：弧电流≤600A；弧电压≤90V；氩气压力0.6～0.9MPa；氩气流量20～50L/min；送粉速度10～60g/min；喷涂距离150mm～250mm。本发明的优点在于：粉末制备流程简单，粉末氧含量低，涂层工艺过程易控制，涂层质量较好，综合制备成本较低。制取的涂层可用于航空、航天等领域的关键部件、发动机等。

Description

CuNiIn涂层材料及涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层材料。特别是涉及一种涂层工艺过程易控制，涂层质量较好，综合制备成本较低的CuNiIn涂层材料及涂层制备技术。

背景技术

航空航天工业的迅速发展对发动机提出了越来越高的要求，大推力、高效率、低油耗已成为发动机设计和制造的总体目标，减小压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术能够提高发动机性能(Demasi J T.Surf & Coat Tech，1994，68：1～9.)，据资料报道，在一台高压涡轮机内，间隙每减小0.13～0.25mm，油耗可减少0.5％～1％，发动机效率即可提高2％左右(张先龙等.新工艺新技术新设备，1998，5：28)。然而，在发动机的制造和运行过程中，实际上无法使间隙控制为零，因此，航空发动机设计和制造时在叶尖与机匣之间要预留2～3mm的间隙。过大的间隙必将使气体大量泄漏，导致发动机效率降低，而封严材料将有助于将间隙减小到最低限度。

目前，航空发动机上采用的气路封严方式主要有蜂窝封严、镶块封严、多孔条封严、金属毡封严、浆状铸型封严和热喷涂涂层封严。前4种封严方法曾得到较广泛的应用，但这些封严材料要通过钎焊与机匣相连，工艺较为繁杂，返修时去除也相当困难；浆状铸型法也由于要进行后续热处理而很少采用(易茂中等.航天工艺技术，1998，3：3)；而热喷涂封严涂层则由于具备容易返修，旧涂层可去除，新涂层可直接重新喷涂在同一位置、容易调整性能，以获得可磨耗性和抗冲蚀性的最佳配合等优异性能，已得到越来越广泛的应用。

航空航天发动机的某些部件因为工作环境的特殊性，涂层需具备抗微动磨损性能，通常的润滑剂减磨不足以解决这种特殊的微动磨损，而CuNiIn由于铟本身具有的润滑性，且大气等离子涂层孔隙率又起存润滑剂的作用(G.R.Yantio.Wear，Published)，成功解决了抗微动磨损的问题。目前国内外针对CuNiIn涂层的研究主要是低In含量(In 3重量％左右)以及离子束镀薄层研究(涂层厚度在100μm左右)(G.R.Yantio Wear，Published；Daoxin Liu etal.Sur&Coa Technoloy，1999，116-119：234-238)，而关于高In含量大气等离子喷涂CuNi In厚层鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种涂层工艺过程易控制，涂层质量较好，综合制备成本较低的CuNiIn涂层材料及涂层制备技术。

本发明所采用的技术方案是：一种CuNiIn涂层材料及涂层制备技术，其中，CuNiIn涂层材料，为铜镍铟合金粉末，其成份包括有含：镍30～40重量％，铟3～10重量％，铜余量。

所述的铜镍铟合金粉末粒度为：-100+500目，主体在-120+400目范围内。

所述的铜镍铟合金粉末的制备方法包括有如下步骤：

1)取金属材料镍30～40重量％、铟3～10重量％、铜余量，或选择镍30～40重量％、铟3～10重量％、铜余量的铜镍铟合金；

2)将所选材料放入气体雾化设备中，通过气体雾化技术获得铜镍铟合金粉末；

3)对气体雾化获得的铜镍铟合金粉末，采用还原退火技术降低合金粉末中氧的含量；

4)进行筛分或分级，从而制备出粉末度为：-100+500目、主体在-120+400目范围内的涂层材料铜镍铟合金粉末。

所述的气体雾化技术是：利用中频感应对气体雾化设备加热，升温至1300～1350℃，保温1 5～55分钟，采用常规的铜镍铟合金精炼除气该合金粉末。

所述的气体雾化中的工艺参数为：雾化气体为氩气，雾化压力为1～2.4MPa，导流管直径为4～10mm。

所述的还原退火是：将雾化后的CuNiIn合金粉末放入卧式还原退火炉中，利用CO或氢气对雾化后的铜镍铟合金粉末进行还原退火，降低铜镍铟粉末中氧的含量。

在还原退火中所选退火温度300～700℃，气体流量≤30L/min，退火时间10～100min。

本发明的采用CuNiIn涂层材料制备CuNiIn涂层的技术，是采用大气等离子或火焰热喷涂工艺，其制备铜镍铟涂层的工艺参数为：弧电流≤600A；弧电压≤90V；氩气压力0.6～0.9MPa；氩气流量20～50L/min；送粉速度10～60g/min；喷涂距离150mm～250mm。

本发明的CuNiIn涂层材料及涂层制备技术的优点在于：粉末制备流程简单，粉末氧含量低，涂层工艺过程易控制，涂层质量较好，综合制备成本较低。制取的涂层可用于航空、航天等领域的关键部件、发动机等。

附图说明

图1是采用本发明所制备的铜镍铟扫描电子显微镜SEM的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的CuNiIn涂层材料及涂层制备技术做出详细说明。

本发明的铜镍铟涂(CuNiIn)层材料及其材料的制备方法和铜镍铟涂层的制备涂层材料，形状为CuNiIn合金粉末状，其成份包括有含：Ni30～40重量％，In3～10重量％，Cu余量。所述的CuNiIn合金粉末粒度为：-100+500目，主体在-120+400目范围内。

本发明的CuNiIn涂层材料的制备方法，包括有如下步骤：

1)取金属材料Ni30～40重量％、In3～10重量％、Cu余量，或选择Ni30～40重量％、In3～10重量％、Cu余量的CuNiIn合金；

2)将所选材料放入真空或非真空的气体雾化设备中，通过气体雾化技术获得CuNiIn合金粉末；

所述的气体雾化技术是：利用中频感应对气体雾化设备加热，升温至1300～1350℃，保温15～55分钟，采用常规的CuNiIn合金精炼除气该合金粉末，即将少许活性碳在加料前放置坩埚底部，等合金液熔化后，再在合金液表面放置活性碳，从而降低合金液中氧含量。气体雾化中的工艺参数为：雾化气体为氩气，雾化压力为1～2.4MPa，导流管直径为4～10mm。

3)对气体雾化获得的CuNiIn合金粉末，采用还原退火技术降低合金粉末中氧的含量；

所述的还原退火是：将雾化后的CuNiIn合金粉末放入卧式还原退火炉中，利用CO或氢气对雾化后的CuNiIn合金粉末进行还原退火，降低CuNiIn粉末中氧的含量。在还原退火中所选退火温度300～700℃，气体流量≤30L/min，退火时间10～100min。

4)进行筛分或分级，从而制备出粉末度为：-100+500目、主体在-120+400目范围内的涂层材料CuNiIn合金粉末；

本发明的采用CuNiIn涂层材料制备CuNiIn涂层的技术，是采用大气等离子或火焰热喷涂工艺，其制备CuNiIn涂层的工艺参数为：弧电流≤600A；弧电压≤90V；氩气压力0.6～0.9MPa；氩气流量20～50L/min；送粉速度10～60g/min；喷涂距离150mm～250mm。

实施例1：

取合金成分Ni34重量％，In重量7％，Cu余量，放入非真空雾化设备，利用中频感应加热，当温度加热至1320℃保温10～30分钟，待合金液均匀化后，用活性炭精练除气，利用氩气雾化，雾化工艺参数为：雾化压力为1.7MPa，导流管直径为6mm。

将雾化的粉末放入卧式还原退火炉：退火温度400℃，氢气流量5L/min，退火时间15min。然后进行筛分制备出粉末度为：250目、主体在240目的CuNiIn粉末。

采用大气等离子喷涂上述CuNiIn粉末获得CuNiIn涂层材料，喷涂工艺参数为：弧电流450A；弧电压60V；氩气压力0.7MPa；氩气流量30L/min送粉速度15g/min喷涂距离150mm。

实施例2：

取合金成分Ni38.5重量％，In重量8.5％，Cu余量，放入真空雾化设备，利用中频感应加热，当温度加热至1340℃保温20～50分钟，待合金液均匀化后，用活性炭精练除气，利用氩气雾化，雾化工艺参数为：雾化压力为1.6MPa，导流管直径为4～6mm。

将雾化的粉末放入卧式还原退火炉：退火温度600℃，氢气流量12L/min，退火时间40min。然后进行筛分制备出粉末度为：250目、主体在240目的CuNiIn粉末。

采用大气等离子喷涂上述CuNiIn粉末获得CuNiIn涂层材料，喷涂工艺参数为：弧电流450A；弧电压40V；氩气压力0.7MPa；氩气流量40L/min送粉速度30g/min喷涂距离180mm。

Claims

1.一种CuNiIn涂层材料，其特征在于，为铜镍铟合金粉末，其成份包括有含：镍30～40重量％，铟3～10重量％，铜余量。

2.根据权利要求1所述的CuNiIn涂层材料，其特征在于，所述的铜镍铟合金粉末粒度为：-100+500目，主体在-120+400目范围内。

3.根据权利要求1所述的CuNiIn涂层材料，其特征在于，其制备方法包括有如下步骤：

4.根据权利要求3所述的CuNiIn涂层材料，其特征在于，所述的气体雾化技术是：利用中频感应对气体雾化设备加热，升温至1300～1350℃，保温15～55分钟，采用常规的铜镍铟合金精炼除气该合金粉末。

5.根据权利要求3或4所述的CuNiIn涂层材料，其特征在于，所述的气体雾化中的工艺参数为：雾化气体为氩气，雾化压力为1～2.4MPa，导流管直径为4～10mm。

6.根据权利要求3所述的CuNiIn涂层材料，其特征在于，所述的还原退火是：将雾化后的CuNiIn合金粉末放入卧式还原退火炉中，利用CO或氢气对雾化后的铜镍铟合金粉末进行还原退火，降低铜镍铟粉末中氧的含量。

7.根据权利要求3或6所述的CuNiIn涂层材料，其特征在于，在还原退火中所选退火温度300～700℃，气体流量≤30L/min，退火时间10～100min。

8.一种采用CuNiIn涂层材料制备CuNiIn涂层的方法，其特征在于，采用大气等离子或火焰热喷涂工艺，其制备铜镍铟涂层的工艺参数为：弧电流≤600A；弧电压≤90V；氩气压力0.6～0.9MPa；氩气流量20～50L/min；送粉速度10～60g/min；喷涂距离150mm～250mm。