CN101177772A - 一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法，其特征在于：镍铬铝镍石墨复合粉末含Ni：60～80％，Cr：5～20％，Al：0～15％，C为余量。镍铬铝/镍石墨封严涂层材料复合粉末材料优化了镍铬铝与镍石墨的化学成分，改善了涂层的硬度、结合强度，增强了可磨耗性能。具有喷涂加工过程工艺性好，涂层具有优越的结合强度、良好的可磨密封特性特点，主要应用在发动机的压气机部件上。
Description
【技术领域】
本发明涉及热喷涂材料技术领域，特别是一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法。
【背景技术】
随着航空工业的日益发展，对航空发动机提出了越来越高的要求。目前，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了提高发动机性能的主要方法。据资料报道，在一台高压涡轮机内，间隙每减少0.13～0.25mm，油耗就能减少0.5～1.0％，发动机的效率就能提高2％左右。但是，在发动机运行过程中，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程度(易茂龙等，航空工艺技术，1998：3)。封严涂层主要应用于航空发动机封严圈、盘(与蜂窝或可刮削涂层配合)，具有动态密封作用，可提高发动机的功率和效率。
封严涂层大多由一定比例的金属相和具有自润滑功能的非金属相的复合材料组成。其中金属相的作用是抗冲蚀、抗氧化，保证涂层自身的强度以及和基体的结合强度。非金属相大多具有低的硬度、低的剪切强度和低的摩擦系数，主要作用是保证可磨耗性、减摩、抗粘着。
封严技术中所使用的复合粉末依使用温度不同而多种多样，可分为中低温涂层、中温涂层和高温涂层。低温涂层使用温度小于400℃，主要可磨耗的有效成分是聚本脂或低硬度合金，如铝硅/聚本脂(工作温度小于350℃)，银铜(工作温度在400℃以下)。中温涂层的使用温度为400～550℃，主要可磨耗的有效成分是石墨或六方氮化硼等，如镍包石墨(工作温度在400℃以下)。高温涂层使用温度550～700℃，主要的可磨耗成分是硅藻土和膨润土，如镍/膨润土(工作温度为700℃)。但是现有技术中镍铬铝镍石墨复合粉末制备过程只是简单的物理机械混合，在喷涂过程中成分存在比较大的偏差，而且制备的镍铬铝/镍石墨涂层硬度偏高，容易损伤对磨件。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种镍铬铝镍石墨复合粉末材料及制备方法。该镍铬铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法优化了镍铬铝与镍石墨的化学成分，改善了涂层的硬度、结合强度，增强了可磨耗性能。
本发明为解决上述问题设计了一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料。它的特征在于所述镍铬铝镍石墨复合粉末由以下组分(按重量)组成：Ni：60～80％，Cr：5～20％，Al：0～15％，C为余量。
所述镍、碳元素以镍包石墨复合粉末方式加入，其中镍含量40～85％，C：15～60％。
本发明还公开了镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)镍铬铝复合粉末中间料的制备：在搅拌设备中加入镍铬合金粉末进行搅拌，同时加入总原料重量1～5％的粘结剂；粘结剂与镍铬合金粉充分润湿后，加入粒度为1～30μm的超微细铝粉，再进行均匀搅拌，停机出料，在自然条件下干燥；
(2)将步骤(1)制备的镍铬铝复合粉末中间料与镍包石墨复合粉末进行机械混合，制备得到镍铬铝/镍石墨复合粉末；所述镍铬铝复合粉末中间料在镍铬铝/镍石墨复合粉末中的比例在50～75％。
本发明还公开了另一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)镍铬铝复合粉末中间料的制备：在搅拌设备中加入镍铬合金粉末进行搅拌，同时加入总原料重量1～5％的粘结剂；粘结剂与镍铬合金粉充分润湿后，加入粒度为1～30μm的超微细铝粉，再进行均匀搅拌，停机出料，在自然条件下干燥；
(2)铝/镍石墨复合粉末中间料的制备：按比例将Ni与C元素以镍石墨复合粉末的方式加入，与总原料重量1～5％的粘结剂进行充分搅拌，制备出镍石墨粉末中间料，再与粘结剂进行充分混合，然后加入按镍包石墨复合粉末重量1～5％的45-106μm的超微细铝粉，充分搅拌制备出铝/镍石墨复合粉末中间料
(3)将步骤(1)制备的镍铬铝复合粉末中间料与步骤(2)制备的镍石墨复合粉末中间料进行机械混合，制备得到镍铬铝/镍石墨复合粉末；所述镍铬铝复合粉末中间料在镍铬铝/镍石墨复合粉末中的比例在50～75％。
本发明的有益效果是：镍铬铝/镍石墨封严涂层材料复合粉末材料具有喷涂加工过程工艺性好，涂层具有优越的结合强度、良好的可磨密封特性特点，主要应用在发动机的压气机部件上。镍铬铝/镍石墨粉末中存在着镍、铝，而且由于镍铝在喷涂过程中放热反应增强涂层结合强度，为新型封严涂层材料开辟了新的途径。
【附图说明】
图1微细铝粉形貌(6000X)；
图2镍铬铝复合粉末颗粒形貌(100X)；
图3镍包石墨粉末颗粒形貌(120X)。
图4镍铬铝/镍石墨粉末形貌(100X)。
以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
【具体实施方式】
本发明镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，主要步骤如下：
(1)镍铬铝复合粉末的制备：在搅拌设备中加入镍铬合金粉末(Ni含量为：80％)进行搅拌，搅拌时加入粘结剂。粘结剂与镍铬合金粉充分润湿后，加入超细铝粉(粒度为1～30μm)(微细铝粉形貌如图1所示)，再进行均匀搅拌，充分搅拌后干燥制得镍铬铝复合粉末。镍铬铝复合粉末以纯金属、合金或包覆型粉末的方式加入。镍铬铝复合粉末以铝粉包覆的镍铬合金粉末经过机械混合包覆制取，或以铝粉包覆的镍包铬粉末经机械混合团聚制取。镍铬铝复合粉末颗粒形貌如图2所示。
(2)按比例将Ni与C元素以镍包石墨复合粉末的方式加入，与粘结剂进行充分搅拌，制备出镍石墨粉末中间料。也可以在Ni与C复合粉末与粘结剂进行混合后，再加入铝粉，充分搅拌后制备出镍包石墨粉末中间料。镍包石墨粉末颗粒形貌如图3所示。
(3)将上述步骤(1)和(2)得到的镍铬铝复合粉末与镍包石墨粉末中间料，通过机械混合制取镍铬铝/镍石墨复合粉末材料。镍铬铝/镍石墨粉末形貌如图4所示。
所述粘接剂由有机胶和挥发性有机溶剂配制。其中：有机胶是聚氨酯、聚氯乙烯或聚乙烯醇等中的一种或两种及两种以上的混合物；挥发性的溶剂为丙酮、甲基乙基酮或二甲苯等中的一种。
实施例1
(1)镍铬铝复合粉末的制备：在搅拌设备中加入12kg镍铬合金粉末(Ni含量为：80％)进行搅拌，搅拌时加入4kg粘结剂((聚氨酯与丙酮按照1∶2比例调制)。粘结剂与镍铬合金粉充分润湿后，加入采用PVD制备的超细铝粉650g，再进行均匀搅拌。充分搅拌后，待溶剂丙酮充分挥发后，停机出料，在自然条件下干燥13小时。
(2)镍铬铝镍石墨复合粉末的制备：将约10kg的镍包石墨复合粉末与镍铬铝复合粉末进行混合，制备得到镍铬铝/镍石墨复合粉末。
实施例2
(1)镍铬铝复合粉末的制备：在搅拌设备中加入12kg镍包铬复合粉末进行搅拌，搅拌时加入粘结剂(浓度为10％的聚乙烯醇胶液)3kg，粘结剂与镍铬复合粉充分润湿后，加入采用物理气相沉积法制备的超细铝粉650g(粒度为1～30μm)，再进行均匀搅拌。充分搅拌后，待溶剂丙酮充分挥发后，停机出料，在自然条件下干燥13小时。
(2)镍石墨复合粉末中间料的制备：将约10kg的镍包石墨复合粉末与上述1.5kg粘结剂进行充分混合，然后加入300g的超细铝粉(粒度为1～30μm)，充分搅拌制备出铝/镍石墨复合粉末。
(3)镍铬铝/镍石墨复合粉末的制备：将铝/镍石墨与镍铬铝复合粉按照一定比例(镍铬铝在镍铬铝/镍石墨复合粉中的比例在50～75％之间)进行混合，制备得到镍铬铝/镍石墨复合粉末。
Claims (7)
1.一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料，其特征在于所述镍铬铝镍石墨复合粉末由以下组分(按重量)组成：Ni：60～80％，Cr：5～20％，Al：0～15％，C为余量。
2.根据权利要求1所述的一种镍铬铝/镍石墨复合粉末材料，其特征在于所述镍、碳元素以镍包石墨复合粉末方式加入，其中镍含量40～85％，C：15～60％。
3.一种权利要求1所述的镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)镍铬铝复合粉末中间料的制备：在搅拌设备中加入镍铬合金粉末进行搅拌，同时加入总原料重量1～5％的粘结剂；粘结剂与镍铬合金粉充分润湿后，加入粒度为1～30μm的超微细铝粉，再进行均匀搅拌，停机出料，在自然条件下干燥；
(2)将步骤(1)制备的镍铬铝复合粉末中间料与镍包石墨复合粉末进行机械混合，制备得到镍铬铝/镍石墨复合粉末；所述镍铬铝复合粉末中间料在镍铬铝/镍石墨复合粉末中的比例在50～75％。
4.一种权利要求1所述的镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)镍铬铝复合粉末中间料的制备：在搅拌设备中加入镍铬合金粉末进行搅拌，同时加入总原料重量1～5％的粘结剂；粘结剂与镍铬合金粉充分润湿后，加入粒度为1～30μm的超微细铝粉，再进行均匀搅拌，停机出料，在自然条件下干燥；
(2)铝/镍石墨复合粉末中间料的制备：按比例将Ni与C元素以镍石墨复合粉末的方式加入，与总原料重量1～5％的粘结剂进行充分搅拌，制备出镍石墨粉末中间料，再与粘结剂进行充分混合，然后加入按镍包石墨复合粉末重量1～5％的45-106μm的超微细铝粉，充分搅拌制备出铝/镍石墨复合粉末中间料
(3)将步骤(1)制备的镍铬铝复合粉末中间料与步骤(2)制备的镍石墨复合粉末中间料进行机械混合，制备得到镍铬铝/镍石墨复合粉末；所述镍铬铝复合粉末中间料在镍铬铝/镍石墨复合粉末中的比例在50～75％。
5.根据权利要求3或4所述的镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述镍铬铝复合粉末以纯金属、合金或包覆型粉末的方式加入。
6.根据权利要求3或4所述的镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述镍铬铝复合粉末以铝粉包覆的镍铬合金粉末经过机械混合包覆制取，或以铝粉包覆的镍包铬粉末经机械混合团聚制取。
7.根据权利要求3或4所述的镍铬铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述粘接剂由有机胶和挥发性有机溶剂配制；所述有机胶是：聚氨酯、聚氯乙烯或聚乙烯醇中的一种或两种及两种以上的混合物；所述有机溶剂为：丙酮、甲基乙基酮或二甲苯中的一种。
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