CN101653998A - 一种高温可磨耗封严涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及单层或多层结构的高温可磨耗封严涂层，其中：单层结构的高温可磨耗封严涂层设有喷涂在基体上的粘结底层，再往上依次喷涂有阻氧层和封严面层；在单层结构的高温可磨耗封严涂层的基础上，往封严面层上至少再喷涂一层封严面层，就形成多层结构的高温可磨耗封严涂层；所述粘结底层材料为NiCrAlY或NiCoCrAlY合金粉末，阻氧层材料为纳米氧化钇部分稳定的氧化锆和纳米α－Al2O3的复合团聚粉末，封严面层材料为纳米Y－PSZ基高温封严涂层材料。本发明提供的高温可磨耗封严涂层，在使用中具有良好的高温稳定性、抗热震性及可磨耗性。
Description
技术领域
本发明涉及涂层领域，特别是涉及一种单一层或多层结构高温可磨耗封严涂层。
背景技术
目前，国内外适用于发动机封严的可磨耗封严涂层已有20多种。其中：有以AlSi-聚酯、AlSi-石墨、Ni-石墨等为代表的低温可磨耗封严涂层，其使用温度一般在500℃以下。有以Ni-硅藻土、NiCrAl-膨润土、NiCrAl-hBN等为代表的中温可磨耗封严涂层，其使用温度一般在900℃以下。随着涡轮压缩空气温度的提高，用于涡轮机部位的封严涂层使用温度已达1000～1350℃，对封严涂层的抗热震性、抗冲蚀磨损性及化学稳定性等提出了更高的要求。一般的以金属或合金材料为基相的中低温封严涂层在这样高的温度下已软化失效，因此高温可磨耗封严涂层的研究已成为目前国内外封严涂层研究领域的热点。
这种高温可磨耗封严涂层以陶瓷(一般为ZrO2)为基相。国外，已研究了多种高温可磨耗封严涂层材料，有些如SM2395、SM2460等已实现商品化。然而，以往研究的高温封严涂层多是以微米ZrO2为基相，以纳米ZrO2为基相的封严涂层的研究则很少。国内，开发了以微米ZrO2为基相的高温封严涂层，但涂层的可磨耗性在长期服役条件下还存在明显的缺陷。可见在国内，研究可磨耗性好、抗冲蚀磨损性强、化学稳定性及抗热震性好的高温封严涂层具有重要的理论和应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有优异性能的高温可磨耗封严涂层。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的是单层或多层结构的高温可磨耗封严涂层，其中：单层结构的高温可磨耗封严涂层设有喷涂在基体上的粘结底层，再往上依次喷涂有阻氧层和封严面层；在单层结构的高温可磨耗封严涂层的基础上，往封严面层上至少再喷涂一层封严面层，就形成多层结构的高温可磨耗封严涂层；所述粘结底层材料为NiCrAlY或NiCoCrAlY合金粉末，阻氧层材料为纳米氧化钇部分稳定的氧化锆和纳米α-Al2O3的复合团聚粉末，封严面层材料为纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料。
所述粘结底层厚度为0.10～0.15mm；阻氧层厚度不大于0.5mm；封严面层的总厚度不大于2.5mm。
所述封严面层的层数不大于3，各层封严面层的厚度相等。
按质量计，所述的复合团聚粉末可由纳米氧化锆80～90％和纳米α-Al2O3 10～20％组成。
所述的封严面层材料，按质量计，由纳米氧化锆75～90％、α-Al2O3 5～20％、hBN1～3％和聚苯酯4～7％组成。
上述的纳米氧化锆是指纳米氧化钇部分稳定的氧化锆(Y-PSZ)，其粒度为20～60nm。所述的纳米α-Al2O3，其粒度为15～30nm。所述的hBN，其粒度为0.5～2μm。所述的聚苯酯，其粒度为6～10μm。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
本发明在粘结底层上喷涂一层致密的阻氧层，能有效阻止氧气由多孔的封严面层向粘结底层的扩散，因此减缓了粘结底层的氧化速率，进而有利于提高涂层的抗热震性。
本发明封严面层材料选用纳米氧化钇部分稳定的氧化锆作基相材料，制备的涂层晶粒度小，没有明显的层状结构，没有大的喷涂裂纹，因此涂层具有良好的化学稳定性和抗热震性，在1000℃条件下使用性能稳定。
封严面层材料中加入一定量的纳米α-Al2O3，纳米α-Al2O3熔点较纳米氧化锆低，在喷涂过程中较易熔化，因此提高了涂层材料的沉积效率。
纳米氧化锆和纳米α-Al2O3能使hBN在涂层中更好地被包覆，因此更能发挥hBN的润滑减摩作用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1.单层结构的高温可磨耗封严涂层的制备：
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的基体表面，使表面粗化。
采用超音速火焰喷涂工艺在粗化的基体表面喷涂NiCoCrAlY合金粉末制备粘结底层，厚度为0.1mm。
采用等离子喷涂工艺在粘结底层上喷涂“85wt.％纳米Y-PSZ+15wt.％纳米α-Al2O3”的复合团聚粉末制备阻氧层，厚度为0.30mm。
采用等离子喷涂工艺在阻氧层上喷涂“78wt.％纳米Y-PSZ+15wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料制备封严面层，厚度为2.0mm。
实施例2.单层结构的高温可磨耗封严涂层的制备：
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的基体表面，使表面粗化。
采用超音速火焰喷涂工艺在粗化的基体表面喷涂NiCoCrAlY合金粉末制备粘结底层，厚度为0.1mm。
采用等离子喷涂工艺在粘结底层上喷涂“80wt.％纳米Y-PSZ+20wt.％纳米α-Al2O3”的复合团聚粉末制备阻氧层，厚度为0.30mm。
采用等离子喷涂工艺在阻氧层上喷涂“83wt.％纳米Y-PSZ+10wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料制备封严面层，厚度为2.0mm。
实施例3.单层结构的高温可磨耗封严涂层的制备：
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的基体表面，使表面粗化。
采用超音速火焰喷涂工艺在粗化的基体表面喷涂NiCoCrAlY合金粉末制备粘结底层，厚度为0.15mm。
采用等离子喷涂工艺在粘结底层上喷涂“80wt.％纳米Y-PSZ+20wt.％纳米α-Al2O3”的复合团聚粉末制备阻氧层，厚度为0.5mm。
采用等离子喷涂工艺在阻氧层上喷涂“88wt.％纳米Y-PSZ+5wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料制备封严面层，厚度为2.0mm。
实施例4.多层结构的高温可磨耗封严涂层的制备：
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的基体表面，使表面粗化。
采用超音速火焰喷涂工艺在粗化的基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末制备粘结底层，厚度为0.1mm。
采用等离子喷涂工艺在粘结底层上喷涂“85wt.％纳米Y-PSZ+15wt.％纳米α-Al2O3”的复合团聚粉末制备阻氧层，厚度为0.3mm。
采用等离子喷涂工艺在阻氧层上喷涂第一层封严面层，喷涂材料为“75wt.％纳米Y-PSZ+18wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为1mm。
采用等离子喷涂工艺在第一层封严面层上喷涂第二层封严面层，喷涂材料为“83wt.％纳米Y-PSZ+10wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为1mm。
实施例5.多层结构的高温可磨耗封严涂层的制备：
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的基体表面，使表面粗化。
采用超音速火焰喷涂工艺在粗化的基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末制备粘结底层，厚度为0.1mm。
采用等离子喷涂工艺在粘结底层上喷涂“80wt.％纳米Y-PSZ+20wt.％纳米α-Al2O3”的复合团聚粉末制备阻氧层，厚度为0.3mm。
采用等离子喷涂工艺在阻氧层上喷涂第一层封严面层，喷涂材料为“78wt.％纳米Y-PSZ+15wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为1mm。
采用等离子喷涂工艺在第一层封严面层上喷涂第二层封严面层，喷涂材料为“88wt.％纳米Y-PSZ+5wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为1mm。
实施例6.多层封严面层的高温可磨耗封严涂层的制备：
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的基体表面，使表面粗化。
采用超音速火焰喷涂工艺在粗化的基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末制备粘结底层，厚度为0.1mm。
采用等离子喷涂工艺在粘结底层上喷涂“85wt.％纳米Y-PSZ+15wt.％纳米α-Al2O3”的复合团聚粉末制备阻氧层，厚度为0.3mm。
采用等离子喷涂工艺在阻氧层上喷涂第一层封严面层，喷涂材料为“78wt.％纳米Y-PSZ+15wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为0.7mm。
采用等离子喷涂工艺在第一层封严面层上喷涂第二层封严面层，喷涂材料为“83wt.％纳米Y-PSZ+10wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为0.7mm。
采用等离子喷涂工艺在第二层封严面层上喷涂第三层封严面层，喷涂材料为“88wt.％纳米Y-PSZ+5wt.％纳米α-Al2O3+2wt.％hBN+5wt.％聚苯酯”的纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料，厚度为0.7mm。
Claims (10)
1.一种高温可磨耗封严涂层，其特征是为单层或多层结构的高温可磨耗封严涂层，其中：单层结构的高温可磨耗封严涂层设有喷涂在基体上的粘结底层，再往上依次喷涂有阻氧层和封严面层；在单层结构的高温可磨耗封严涂层的基础上，往封严面层上至少再喷涂一层封严面层，就形成多层结构的高温可磨耗封严涂层；所述粘结底层材料为NiCrAlY或NiCoCrAlY合金粉末，阻氧层材料为纳米氧化钇部分稳定的氧化锆和纳米α-Al2O3的复合团聚粉末，封严面层材料为纳米Y-PSZ基高温封严涂层材料。
2.根据权利要求1所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是粘结底层厚度为0.10～0.15mm阻氧层厚度不大于0.5mm；封严面层的总厚度不大于2.5mm。
3.根据权利要求1所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是所述封严面层的层数不大于3层，各层封严面层的厚度相等。
4.根据权利要求1所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是按质量计，所述的复合团聚粉末由纳米氧化锆80～90％和纳米α-Al2O3 10～20％组成。
5.根据权利要求4所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是所述的纳米氧化锆，其粒度为20～60nm；所述的纳米α-Al2O3，其粒度为15～30nm。
6.根据权利要求1所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是按质量计，所述的封严面层材料由纳米氧化锆75～90％、纳米α-Al2O3 5～20％、hBN 1～3％和聚苯酯4～7％组成。
7.根据权利要求6所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是所述的纳米氧化锆，其粒度为20～60nm。
8.根据权利要求6所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是所述的纳米α-Al2O3，其粒度为15～30nm。
9.根据权利要求6所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是所述的hBN，其粒度为0.5～2μm。
10.根据权利要求6所述的高温可磨耗封严涂层，其特征是所述的聚苯酯，其粒度为6～10μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100224 |