CN102168240B

CN102168240B - 一种热喷涂封严涂层材料的制备方法

Info

Publication number: CN102168240B
Application number: CN 201110082678
Authority: CN
Inventors: 于月光; 任先京; 马江虹; 曾克里; 章德铭; 刘笑笑; 田晔; 刘建明; 侯伟骜; 鲍君峰
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: CN102168240A

Abstract

本发明涉及一种热喷涂封严涂层材料的制备方法，包含以下步骤：首先将铝粉和硅粉进行混合，将混合粉末在保护性气氛下烧结，经破碎、分级后得到铝硅中间体粉末；然后将原料氮化硼或石墨、铝硅中间体或铝硅合金粉、铝粉和粘结剂通过团聚制粒方法进行复合；最后对复合后粉末进行烘干、筛分，得到一定粒度的封严涂层材料。所述的铝粉和硅粉按照重量比为(0.01～1)∶4的比例混合，铝粉和硅粉的粒度范围均为10nm～50μm；本发明是：向现有的Al/BN或Al/Cg复合粉末配方中，加入一定比例的Al-Si中间体或者AlSi合金粉，所得粉末致密度与流动性好，成分分布均匀，喷涂工艺适应性好，有效提高了涂层的可磨耗性、热稳定性与抗氧化性。

Description

一种热喷涂封严涂层材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种热喷涂封严涂层材料的制备方法，属于飞机发动机内具有可磨耗性的封严涂层材料制备领域。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，节能降耗已成为人类面临的严峻任务。设计与制造先进的航空发动机，不仅可以追求飞机更安全、更高效、更舒适的性能，而且还能达到低油耗、大推力、长寿命的目标。资料表明，航空发动机直接的运行费用中用于油耗的占53％，叶尖漏气损失约占发动机整机损失的10～40％；典型发动机的高压涡轮叶尖间隙每减小0.13～0.25mm，油耗可减少0.5～1％，发动机的效率可提高2％左右。为此应尽量提高涡轮机进口气体温度，并减小转子与静子部件之间的间隙。但当结构与材料一定时，提高涡轮机进口气体温度是有限的，因此减小压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术就成为提高发动机性能的重要手段。

可磨耗封严涂层材料位于发动机的压气机和涡轮机的机匣上，有助于减小发动机转子和定子的径向间隙，对提高航空发动机的效率和可靠性有重要影响。现有复合型Al/BN为俄系封严涂层材料，但在500℃试验过程中随着时间的延长涂层出现了硬度提高明显，抗热震性能和耐热性能变差而导致涂层开裂、剥落的问题。

发明内容

本发明为解决现有复合型Al/BN为俄系封严涂层材料，但在500℃试验过程中随着时间的延长涂层出现了硬度提高明显，抗热震性能和耐热性能变差而导致涂层开裂、剥落的问题，进而提供一种热喷涂封严涂层材料的制备方法，其技术方案包括：

将铝粉和硅粉的混合粉末在保护性气氛下进行烧结，再经过破碎、分级后得到铝硅中间体粉末；

将原料氮化硼或石墨、铝硅合金粉或者所述铝硅中间体粉末、铝粉和粘结剂通过团聚制粒方法进行复合；

对经过所述复合获得的粉末进行烘干、筛分，得到预定粒度的封严涂层材料。

本发明的有益效果是：向现有的Al/BN或Al/Cg复合粉末配方中，加入一定比例的Al-Si中间体或者AlSi合金粉，制备方法简单、工艺成熟，所得粉末致密度与流动性好，成分分布均匀，喷涂工艺适应性好，有效提高了涂层的可磨耗性、热稳定性与抗氧化性，具有广阔的国防应用前景。

具体实施方式

本发明提供了下面几个较佳的实施例：

实施例1

首先将铝粉和硅粉按照重量比为(0.01～1)∶4的比例进行混合，将混合粉末在保护性气氛下烧结，经破碎、分级后得到中间体粉末。铝粉和硅粉的粒度范围均为10nm～50μm；保护性气氛为氮气、氩气、氢气或者真空气氛；烧结温度为300～800℃，烧结保温时间2～8小时。然后将原料氮化硼或石墨、铝硅中间体或铝硅合金粉、铝粉和粘结剂通过团聚制粒方法进行复合。氮化硼粉末为石墨化指数高、片层结构好的国产或进口六方氮化硼；石墨为天然石墨或人造石墨；铝硅合金粉中硅含量为5～25wt％，粒度为20～50μm；铝粉粒度为40～100μm；粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇或聚乙烯吡洛烷酮。铝硅中间体或铝硅合金粉含量为25～90wt％，氮化硼含量为9～50wt％。团聚制粒方法可以是胶粘团聚，也可以是喷雾干燥。对复合后粉末进行烘干、筛分，得到粒度优选范围为45～150μm的封严涂层材料。

实施例2

采用胶粘团聚法制备复合粉末，将粒度为45～100μm的Al粉与精选BN原料混合，其中Al粉及BN原料的重量比为41∶9。加入市售水玻璃搅拌均匀，其中水玻璃与粉末按照0.16L∶1kg比例加入，将湿料过筛后烘干干燥，筛分得到粒度范围为65～150μm的封严涂层材料。

实施例3

将粒度为20～45μm Al粉和Si粉按照重量比4∶1的比例球磨混合，在500～600℃氩气保护气氛下固相烧结6小时，经破碎、分级后得到Al-Si中间体粉末。将粒度为45～100μm的Al粉与粒度为20～45μm的Al-Si中间体及精选BN原料混合，其中Al粉、Al-Si中间体及BN原料的重量比为4∶5∶3。加入市售水玻璃搅拌均匀，其中水玻璃与粉末按照0.16L∶1kg比例加入，将湿料过筛后烘干干燥，筛分得到粒度范围为65～150μm的封严涂层材料。

实施例4

采用喷雾干燥法制备复合粉末，将粒度为20～45μm的Al粉与粒度为20～45μm的AlSi合金粉及精选石墨原料混合均匀，其中Al粉、AlSi合金粉及石墨原料的重量比为12∶3∶5。将混合粉、粘结剂、水按一定比例(如重量比30∶18∶2)配成料浆，进行喷雾干燥制粒，喷雾干燥用粘结剂为聚乙烯醇，喷雾干燥进口温度一般控制在250～400℃、出口温度一般控制在100～250℃。将喷雾干燥粉末进行筛分得到粒度范围为45～125μm的封严涂层材料。

实施例5

将粒度为20～45μm的Al粉和Si粉按照重量比5∶1的比例球磨混合，在500～600℃氩气保护气氛下固相烧结6小时，经破碎、分级后得到Al-Si中间体粉末。将粒度为20～45μm的Al粉与粒度为20～45μm的Al-Si中间体及精选BN原料混合，其中Al粉、Al-Si中间体及BN原料的重量比为11∶5∶4。将混合粉、粘结剂、水按一定比例配成料浆，进行喷雾干燥制粒，喷雾干燥用粘结剂为聚乙烯吡洛烷酮，喷雾干燥进口温度一般控制在250～400℃、出口温度一般控制在100～250℃。将喷雾干燥粉末进行筛分得到粒度范围为45～125μm的封严涂层材料。

本发明的设计思想是：在Al/BN或Al/Cg复合粉的制备过程中，加入Al-Si中间体或AlSi合金粉，通过提高Si的含量使所制备的涂层具有结合强度高、硬度低、可磨耗性优良的特点，有效地提高了涂层的寿命与可靠性。

采用本具体实施方式提供的技术方案，通过在向现有的Al/BN或Al/Cg复合粉末配方中，加入一定比例的Al-Si中间体或者AlSi合金粉，制备方法简单、工艺成熟，所得粉末致密度与流动性好，成分分布均匀，喷涂工艺适应性好，有效提高了涂层的可磨耗性、热稳定性与抗氧化性，具有广阔的国防应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种热喷涂封严涂层材料的制备方法，其特征在于，包含：

将铝粉和硅粉的混合粉末在保护性气氛下进行烧结，再经过破碎、分级后得到铝硅中间体粉末；其中，所述的铝粉和硅粉按照重量比为(0.01~1):4的比例混合，所述烧结温度为300~800℃，烧结保温时间为2~8小时；

将原料氮化硼或石墨、铝硅合金粉或者所述铝硅中间体粉末、铝粉和粘结剂通过团聚制粒方法进行复合；其中，所述的铝硅合金粉或者铝硅中间体粉末的含量按重量百分比为25~90%，所述的氮化硼或石墨的含量按重量百分比为9~50%；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉和硅粉的粒度范围均为10nm~50μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气氛为氮气、氩气、氢气或者真空气氛。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的氮化硼为六方氮化硼，石墨为天然石墨或人造石墨。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的铝硅合金粉中硅含量按重量比为5~25%，粒度为20~50μm；铝粉粒度为40~100μm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇或聚乙烯吡洛烷酮。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的团聚制粒方法是胶粘团聚法或喷雾干燥法。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的封严涂层材料的粒度为45~150μm。