CN101219474A - 铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法 - Google Patents

铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法。它由以下组分(按重量)组成：Ni：20～40％，Cu：40～60％，Al：4～10％，C为余量。本发明铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法包括以下步骤：首先制备铜铝合金粉末中间料，后制备镍石墨粉末中间料，最后将上述铜铝合金粉末与镍包石墨粉末中间料，通过机械混合制取铜铝镍石墨复合粉末材料。本发明使用的铜铝镍石墨属于中温封严涂层材料，该粉末具有喷涂加工过程工艺性好，涂层具有优越的结合强度、封严特性等特点。采用热喷涂工艺制备的铜铝镍石墨涂层具有良好的可磨密封特性，应用在发动机的压气机部件上可以取得很好的密封效果。

Description

铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法
【技术领域】
本发明涉及热喷涂材料技术领域，特别是一种铜铝/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。在发动机的和运行过程中，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。
可磨耗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。非金属相的作用是保证可磨耗性、减摩、抗粘着，这些非金属大多具有低的硬度、低的剪切强度和低的摩擦系数。
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。中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℃)。但是现有技术中的铜铝/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，而且制备的铜铝/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，而提供一种热喷涂用铜铝/镍石墨复合粉末材料及制备方法，该铜铝/镍石墨复合粉末材料优化了铜铝与镍石墨的化学成分，改善了涂层的硬度。
本发明为解决上述问题设计了一种铜铝/镍石墨复合粉末材料。它的特征在于所述铜铝镍石墨复合粉末由以下组分(按重量)组成：Ni：20～40％，Cu：40～60％，Al：4～10％，C为余量。
所述复合粉末中镍石墨粉末中间料含Ni：40～85％，C：15～60％。
本发明还公开了铜铝/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)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入原料总1～5％粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，按比例加入Al继续进行均匀搅拌，后使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料；
(2)将上述铜铝合金粉末与按比例加入的镍包石墨粉末中间料，通过机械混合制得铜铝镍石墨复合粉末材料。
本发明还公开了另一种铜铝/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)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入原料总1～5％粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，再按比例加入Al继续进行均匀搅拌，后使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料；
(2)按比例将Ni与C元素与原料总1～5％粘结剂进行充分搅拌，制备出镍石墨粉末中间料，再加入按Ni与C复合粉末重量1～5％的粒度为1～30μm的铝粉，充分搅拌后制备出镍铝石墨粉末中间料；
(3)将上述步骤(1)和(2)得到的铜铝合金粉末与镍铝石墨粉末中间料，通过机械混合制取铜铝镍石墨复合粉末材料。
本发明的有益效果是：本发明使用的铜铝镍石墨属于一种中温封严涂层材料，该粉末具有喷涂加工过程工艺性好，涂层具有合适的硬度、优越的结合强度、封严特性等特点。采用热喷涂工艺制备的铜铝镍石墨涂层具有良好的可磨密封特性，应用在发动机的压气机部件上可以取得很好的密封效果，此涂层的工作温度小于550℃。
【附图说明】
图1超细铝粉形貌(6000X)；
图2铜铝复合粉末的形貌(200X)；
图3镍包石墨粉末颗粒形貌。
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】
本发明铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，主要步骤如下：
(1)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，再按比例加入Al继续进行均匀搅拌，后使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料。所述铜、铝元素可以纯金属也可以合金粉末的方式加入。所述铜铝复合粉末中间料采用机械混合包覆制取或采用雾化法制取。铜铝复合粉末的形貌如图2所示。
(2)按比例将Ni与C元素以镍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)得到的铜铝复合粉末粉末与步骤(2)得到的镍石墨粉末中间料，或者直接使用外购镍包石墨复合粉末，通过机械混合制取铜铝镍石墨复合粉末材料。
所述步骤(1)中的粘接剂是聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇等有机胶，使用时胶需要与挥发性的有机溶剂配合使用，挥发性的溶剂为丙酮、乙醇、甲基乙基酮、二甲苯等。所述加入的纯金属铜粉为45μm-106μm的微细粉末；加入的纯金属铝粉为1μm-30μm微细粉末，超细铝粉形貌如图1所示。
实施例1
(1)在团聚设备中加入11kg铜粉进行搅拌，搅拌时加入粘结剂。加入2.5kg粘结剂(聚氨酯与丙酮按照1∶2比例调制)，粘结剂与铜粉充分润湿后，加入850g超细铝粉(粒度为1～30μm)，再进行均匀搅拌，粉末干燥后进行筛分。制备得铜铝复合粉。
(2)将铜铝复合粉末与7kg镍包石墨复合粉末(化学成分为：Ni：58.6％，C：40.8％)进行机械搅拌混合，制得铜铝镍石墨复合粉末。
实施例2
(1)在团聚设备中加入9kg铜粉进行搅拌，搅拌时加入2kg粘结剂(粘结剂为浓度为10％的聚乙烯醇溶液)。粘结剂与铜粉充分润湿后，加入1kg超微细铝粉(粒度为1.5μm)，再进行均匀搅拌，粉末干燥后进行筛分。
(2)将约11kg的镍石墨复合粉末(Ni：80％，C：20％)与上述0.5kg粘结剂进行充分混合，然后加入240g的超微细铝粉(粒度范围为1～30μm)，充分搅拌，粉末干燥后筛分，制备出铝镍石墨。
(3)将铝/镍石墨与铜铝复合粉进行充分混合，制备得到铜铝镍石墨复合粉末。

Claims (9)

1.一种铜铝/镍石墨复合粉末材料，其特征在于所述铜铝镍石墨复合粉末由以下组分(按重量)组成：Ni：20～40％，Cu：40～60％，Al：4～10％，C为余量。
2.根据权利要求1所述的铜铝/镍石墨复合粉末材料，其特征在于所述复合粉末中镍石墨粉末中间料含Ni：40～85％，C：15～60％。
3.一种权利要求1所述的铜铝/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)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入原料总重量百分比1～5％粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，按比例加入Al继续进行均匀搅拌，使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料；
(2)将上述铜铝合金粉末与按比例加入的镍包石墨粉末中间料，通过机械混合制得铜铝镍石墨复合粉末材料。
4.一种权利要求1所述的铜铝/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)在团聚设备中加入Cu进行搅拌，搅拌时加入原料总重量百分比1～5％粘结剂，粘结剂与铜粉充分润湿后，再按比例加入A1继续进行均匀搅拌，后使粉末干燥，进行筛分得到铜铝合金粉末中间料；
(2)按比例将Ni与C元素与原料总1～5％粘结剂进行充分搅拌，制备出镍石墨粉末中间料，再加入按Ni与C复合粉末重量1～5％的粒度为1～30μm的铝粉，充分搅拌后制备出镍铝石墨粉末中间料；
(3)将上述步骤(1)和(2)得到的铜铝合金粉末与镍铝石墨粉末中间料，通过机械混合制取铜铝镍石墨复合粉末材料。
5.根据权利要求3、4或5所述的铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中的粘接剂由有机胶和挥发性有机溶剂配制；所述有机胶为：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，有机溶剂为：丙酮、乙醇、甲基乙基酮或二甲苯中的一种。
6.根据权利要求3、4或5所述的铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述铜、铝元素以纯金属或合金粉末的方式加入。
7.根据权利要求3、4或5所述的铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述铜铝复合粉末中间料采用机械混合包覆制取或采用雾化法制取。
8.根据权利要求3、4或5所述的铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述加入的纯金属铜粉为45μm-106μm。
9.根据权利要求3、4或5所述的铜铝/镍石墨复合粉末材料的制备方法，其特征在于所述加入的纯金属铝粉为1μm-30μm微细粉末。
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