CN101659800B - 等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，按质量百分比计，该高温可磨耗封严涂层材料主要由以下原料制成：纳米氧化锆75～90％，纳米α-Al2O3 5～20％，hBN 1～3％，聚苯酯4～7％；其中，纳米氧化锆和纳米α-Al2O3作耐高温的基相材料，hBN为固体润滑剂，聚苯酯为造孔材料。该高温可磨耗封严涂层材料经过配料、混料、喷雾造粒和筛分等工艺步骤制备。本发明所提供的高温可磨耗封严涂层材料沉积效率高，用其制备的涂层具有良好的高温稳定性、抗热震性及可磨耗性，因此该涂层材料能够用于涡轮机部位封严的涂层材料，并且在1000℃条件下使用时性能稳定，效果好。

Description

等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料
技术领域
本发明涉及涂层材料，特别是涉及可用于等离子热喷涂的高温可磨耗封严涂层材料。
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等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，按质量百分比计，主要由以下原料制成：纳米氧化锆75～90％，纳米α-Al2O3 5～20％，hBN 1～3％，聚苯酯4～7％；其中，纳米氧化锆和纳米α-Al2O3作耐高温的基相材料，hBN为固体润滑剂，聚苯酯为造孔材料。
上述原料的粒度分别为：纳米氧化锆20～60nm，纳米α-Al2O3 15～30nm；hBN0.5～2μm；聚苯酯6～10μm。纳米氧化锆是指纳米氧化钇部分稳定的氧化锆(Y-PSZ)。
本发明提供的上述等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，由包括以下步骤的方法制成：
(1)配料：先按上述配比称取纳米氧化锆、纳米α-Al2O3、hBN和聚苯酯，然后将其混合均匀，配制成原料粉末；
(2)混料：取相当于原料粉末质量的2～5％的糊精，加入原料粉末中混合均匀，然后加入相当于原料粉末质量的70～80％的水，调配成料浆；
(3)喷雾造粒：将料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥制成团聚粉末，喷雾造粒塔温度为140～170℃；
(4)筛分：将团聚粉末过筛，取30～80μm的团聚粉末，即得等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料产品。
本发明提供的上述高温可磨耗封严涂层材料，其作为对涡轮机部位进行封严的涂层的用途。使用时，该涂层材料可采用等离子喷涂方法涂覆在高温燃气涡轮机部件的表面。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
本发明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。
纳米氧化锆基相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：
配料：取粒度为20～60nm的Y-PSZ粉末7.8Kg，粒度为15～30nm的α-Al2O3粉末1.5Kg，粒度为0.5～2μm的hBN粉末0.2Kg，粒度为6～10μm的聚苯酯0.5Kg，将其混合均匀。
混料：取0.4kg糊精，加入原料粉末中经充分混合后，再加入8.0Kg蒸馏水，搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
喷雾造粒：用离心雾化喷嘴将料浆雾化成微细液滴喷入造粒塔内，雾化器转速为18000～20000r/min，雾化的液滴依靠自身的表面张力收缩成球状，在热风中干燥，造粒塔内温度控制在140～170℃范围内，温度高低的调节以使粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集起来。
筛分：将收集的团聚粉末经机械分样筛进行筛分，取粒度范围为30～80μm的粉末即得产品。
用扫描电镜观察粉末的形貌，用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性。测试结果列于表1。
实施例2：
配料：取粒度为20～60nm的Y-PSZ粉末8.1Kg，粒度为15～30nm的α-Al2O3粉末1.0Kg，粒度为0.5～2μm的hBN粉末0.3Kg，粒度为6～10μm的聚苯酯0.6Kg，将其混合均匀。
混料：取糊精0.3kg，加入原料粉末中经充分混合后，再加入7.5Kg蒸馏水，搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
喷雾造粒：用离心雾化喷嘴将料浆雾化成微细液滴喷入造粒塔内，雾化器转速为18000～20000r/min，雾化的液滴依靠自身的表面张力收缩成球状，在热风中干燥，造粒塔内温度控制在140～170℃范围内，温度高低的调节以使粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集起来。
筛分：将收集的团聚粉末经机械分样筛进行筛分，取粒度范围为30～80μm的粉末即得产品。
用扫描电镜观察粉末的形貌，用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性。测试结果列于表2。
实施例3：
配料：取粒度为20～60nm的Y-PSZ粉末7.5Kg，粒度为15～30nm的α-Al2O3粉末2.0Kg，粒度为0.5～2μm的hBN粉末0.1Kg，粒度为6～10μm的聚苯酯0.4Kg，将其混合均匀。
混料：取0.4kg糊精，加入原料粉末中经充分混合后，再加入8.0Kg蒸馏水，搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
喷雾造粒：用离心雾化喷嘴将料浆雾化成微细液滴喷入造粒塔内，雾化器转速为18000～20000r/min，雾化的液滴依靠自身的表面张力收缩成球状，在热风中干燥，造粒塔内温度控制在140～170℃范围内，温度高低的调节以使粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集起来。
筛分：将收集的团聚粉末经机械分样筛进行筛分，取粒度范围为30～80μm的粉末即得产品。
用扫描电镜观察粉末的形貌，用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性。测试结果列于表3。
实施例4：
配料：取粒度为20～60nm的Y-PSZ粉末8.8Kg，粒度为15～30nm的α-Al2O3粉末0.5Kg，粒度为0.5～2μm的hBN粉末0.2Kg，粒度为6～10μm的聚苯酯0.5Kg，将其混合均匀。
混料：取糊精0.3kg，加入原料粉末中经充分混合后，再加入7.5Kg蒸馏水，搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
喷雾造粒：用离心雾化喷嘴将料浆雾化成微细液滴喷入造粒塔内，雾化器转速为18000～20000r/min，雾化的液滴依靠自身的表面张力收缩成球状，在热风中干燥，造粒塔内温度控制在140～170℃范围内，温度高低的调节以使粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集起来。
筛分：将收集的团聚粉末经机械分样筛进行筛分，取粒度范围为30～80μm的粉末即得产品。
用扫描电镜观察粉末的形貌，用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性。测试结果列于表4。
附表
表1  实施例1所得粉末的测试数据
表2  实施例2所得粉末的测试数据
表3  实施例3所得粉末的测试数据
Figure G2009102721259D00043
表4  实施例4所得粉末的测试数据
Figure G2009102721259D00044

Claims (9)

1.一种等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，其特征是按质量百分比计，该涂层材料主要由以下原料制成：纳米氧化锆75～90％，纳米α-Al2O3 5～20％，hBN 1～3％，聚苯酯4～7％；其中，纳米氧化锆和纳米α-Al2O3作耐高温的基相材料，hBN为固体润滑剂，聚苯酯为造孔材料；所述纳米氧化锆是指纳米氧化钇部分稳定的氧化锆，其英文缩写为Y-PSZ。
2.根据权利要求1所述的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，其特征是纳米氧化锆的粒度为20～60nm。
3.根据权利要求1所述的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，其特征是纳米α-Al2O3的粒度为15～30nm。
4.根据权利要求1所述的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，其特征是hBN的粒度为0.5～2μm。
5.根据权利要求1所述的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料，其特征是聚苯酯的粒度为6～10μm。
6.一种等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料的制备方法，其特征是采用包括以下步骤的方法：
(1)配料：按质量百分比计，称取纳米氧化锆75～90％、纳米α-Al2O3 5～20％、hBN1～3％和聚苯酯4～7％，然后将其混合均匀，配制成原料粉末；所述纳米氧化锆是指纳米氧化钇部分稳定的氧化锆，其英文缩写为Y-PSZ；
(2)混料：取相当于原料粉末质量的2～5％的糊精，加入原料粉末中混合均匀，然后加入相当于原料粉末质量的70～80％的水，调配成料浆；
(3)喷雾造粒：将料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥制成团聚粉末，喷雾造粒塔温度为140～170℃；
(4)筛分：将团聚粉末过筛，取30～80μm的团聚粉末，即得等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料产品。
7.根据权利要求6所述的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料的制备方法，其特征是原料粉末的粒度为：纳米氧化锆20～60nm，纳米α-Al2O3 15～30nm；hBN 0.5～2μm；聚苯酯6～10μm。
8.根据权利要求6所述的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料的制备方法，其特征在于所制备的等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料是用于涡轮机部位封严的涂层材料。
9.一种根据权利要求1至5任一权利要求所述等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料的用途，其特征是该等离子喷涂用的高温可磨耗封严涂层材料在对涡轮机部位封严中的应用。
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