CN102168241A

CN102168241A - 一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材及制备方法

Info

Publication number: CN102168241A
Application number: CN 201110085409
Authority: CN
Inventors: 马江虹; 于月光; 田晔; 谢建刚; 任先京; 薛文涛; 宋希建; 许根国; 石长江
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: CN102168241B

Abstract

一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材及制备方法，所述热喷涂封严涂层包括芯料和外包覆层，所述芯料中含有原料和粘结剂，所述外包覆层为有机保护层；制备过程包括：首先将原料进行机械球磨混合，并加入粘结剂进行捏合形成芯料；其次将外包覆层材料溶于3倍的水中，并添加增塑剂进行捏合形成外包覆层；再次将芯料和外包覆层装入模腔中，压制挤出成型；最后将挤出成型的物质晾干以及烘干后，获得热喷涂封严涂层材料。本发明实施例中原料的粒度可以依据需要进行任意选择，通过添加外包覆层阻止了外部杂物或者灰尘对芯料的污染，并减少了周围环境湿度的影响，由于外包覆层在喷涂过程中完全燃烧蒸发从而保证了封严涂层的纯度以及喷涂的连续。

Description

一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材及制备方法

技术领域

本发明涉及一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材及其制备方法，属于无机材料技术和有色金属冶金领域。

背景技术

目前封严技术是提高发动机效率以及降低油耗常用的手段，可磨耗封严涂层由于其工艺简单、返修和调整性能容易，封严效果好而得到广泛应用。国外现有20多种适用于发动机的不同部位、不同温度的封严涂层，如Ni/石墨、铝硅石墨、铝硅聚苯酯、使用温度达1000℃以上的氧化锆陶瓷涂层以及NiCrAl2hBN2聚酯涂层粉料等。

现有技术中比较常见的方法包括：采用气体火焰喷涂将MoS₂、石墨、聚四氟乙烯等固体润滑材料粉末施加到机械零部件上形成涂层；或者，基于基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂和水原料制成纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料等。上述方法封严复合涂层均为粉末状，由于复合涂层加入的组分复杂，性能各异，故很难制成分均匀以及粒度范围合适的粉末。

发明内容

本发明为解决现有技术中难于制备组分复杂、成分均匀以及粒度范围合适的封严复合涂层用的粉末以及不适宜用粉末喷涂的设备要求问题，进而提供一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材及制备方法，其技术方案包括：

一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材，包括芯料和外包覆层，所述芯料中含有原料和粘结剂，所述外包覆层为有机保护层；

所述原料含有Ni、Si、Cu、Cd、B、N和C，其中所述Ni、Si、Cu、Cd、B、N和C在原料中所占的重量比为：Si为0.8～9.5％、Cu为4.5～18.5％、Cd为0～3.0％、BN为1.8～7.5％、C为0.8～9.5％以及Ni为50-65％；所述粘结剂与原料的重量比为4.5-24.0％；所述外包覆层与原料的重量比为5-10％。

一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材的制备方法，包括：

室温下将原料进行机械球磨混合，并加入粘结剂进行捏合，形成膏状的芯料；

将外包覆层材料溶于3倍的水中，并添加增塑剂进行捏合，形成外包覆层用膏状材料；

将所述芯料和所述外包覆层用膏状材料装入模腔中，在10-60MPa的压力下压制挤出成型；

将经过所述挤出成型获得的物质在室温下晾干，晾干时间要大于等于5小时，将晾干后的物质加热至100～200℃后保持1-10小时的烘干，获得柱状的热喷涂封严涂层材料。

本发明的有益效果是：通过采用Ni、Si、Cu、Cd、B、N、C为原料，各种原料的粒度可以依据需要进行任意选择，通过添加外包覆层阻止了外部杂物或者灰尘对芯料的污染，减少了周围环境湿度的影响，并且可以实现连续喷涂。由于外包覆层在喷涂过程中完全燃烧蒸发从而保证了封严涂层的纯度。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材的制备流程示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式提供了一种热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材，通过将Ni、Si、Cu、Cd、B、BN、C等各种元素的原料粉末与粘结剂进行混和、捏合，外包覆材料溶解捏合后采用共挤出的方法压制、烘干等工艺制得。外形为：直径Φ3.8mm-5.0mm，长度大于350mm的圆柱形外包覆有机保护层。芯料使用的粘结剂可以是无机物或是有机物。其中：无机物可以是磷酸盐或硅酸盐中的一种或二者的混合物。有机物可以是PVA、PVP、PA、PE或环氧树脂中的一种或两种及两种以上的混合物。外包覆层材料可以是HPMC、CMC、PAC、PVA、PEG等。

制备过程中，Ni、Si、Cu、Cd、B、N、C等原料可以单质粉末，合金或化合物方式加入，氧化物可以是一种或多种。原料可以是含有一种或多种，也可以是这几种材料的组合。所述原料可以是一次性加入，也可以是分多次，或连续加入。同时为了有更好的粘结效果，在机械球磨混和均匀后在加入粘接剂时，在粘结剂中还可以添加部分添加剂如：Si氧化物或硅酸盐等，以及助剂如：甘油或钛酸酯等。外包覆保护层的制备过程中添加塑性剂如甘油、乙二醇。

下面通过几个较佳的实施例并结合图1作进一步说明：

实施例1

以Ni、Cu单质粉末或合金、C单质粉末Si氧化物或其它盐类、BN为原料，按照一定比例机械球磨混合，其中C，7.5％；Cu，18.5％；BN，6.5％；Si，4.2％，其余为Ni。混和均匀后加入硅酸盐水溶液作为粘结剂，外包覆材料选用HPMC，溶于3倍的水中，添加几滴甘油增塑剂，捏合，然后把芯料和包覆材料分别装入共挤出磨具的模腔中，在液压机上进行压制，成形后烘干。得到包覆型多组元棒材。

如果用磷酸盐或有机物取代硅酸盐作为芯料粘结剂，CMC、PVA等取代HPMC作包覆层材料，也可以取得同样效果。

火焰喷涂封严涂层，在一定的喷涂参数条件下，高温合金为基材，实验表明，涂层的硬度为HR15y40-80，涂层表面无裂纹产生，并且具有较好可磨耗性能、抗冲蚀性能，较高的抗拉伸强度。500℃条件下可以作为封严涂层使用。

实施例2

以Ni、C、BN、Si氧化物或盐、CuO、CdO为原料，按照一定配比机械球磨混合，均匀加入芯料粘结剂聚乙烯吡咯烷酮(PVA)乙醇溶液，捏合；CMC溶解于3倍的水中，添加几滴乙二醇，捏合，然后把芯料和包覆材料分别装入共挤出磨具的模腔中，液压机压制，成形后烘干制备热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材。

如果用无机粘结剂或其他有机物取代聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液作为芯料粘结剂，PAC、PVA、PEG代替CMC作为外包覆层，可取得同样效果。

火焰喷涂制备封严涂层，在一定的喷涂参数条件下，涂层硬度为7-21HB范围内，该种材料可以在700℃下作为封严涂层使用。

采用本具体实施方式提供的技术方案，通过采用Ni、Si、Cu、Cd、B、N、C的单质或合金或化合物以及一种或多种氧化物为原料，各种组分粉末粒度可以依据需要进行任意选择。采用如下步骤制备包覆型多组元热喷涂棒材：机械球磨，使性质不同的原材料粉末充分混和，添加粘结剂捏合；有机外包覆材料粉末溶解后捏合成膏状，把芯料和外包覆材料分别装入共挤出磨具的模腔内，室温粘结，加工条件简单，挤压，保证棒材致密并具有一定强度，烘干，增加棒材强度，保证喷涂过程连续进行。本发明各种物质被棒料这样一个整体所固定，可以根据需要调整不同粒度、性质的粉末进行复合；外加包覆材料，阻止外部加杂物或者灰尘对芯料的污染，使得线材对周围环境湿度的变化不敏感，由于包覆层在喷涂过程中完全燃烧蒸发从而保证了涂层的纯度，使芯料在喷涂过程中不易折断而实现连续喷涂，制备连续均匀的封严涂层。棒材不会像粉末那样受湿度以及流动速度等方面的影响，且容易储存和处理。同样也可以根据比例要求制备含有多种成分的线材。本发明技术方法原料来源广，不需要特殊的原料和设备，生产工艺流程短，操作条件简单，生产过程易于控制。本发明所制备的包覆型多组元棒材的热喷涂工艺适应性好，获得的涂层硬度适中，具有良好的与基材结合性能、可磨耗性能、抗热震性能和抗冲蚀性能。可应用于包括航空航天、船舶、燃气轮机、矿山、冶金、农用机械、建筑、铁路、车辆、石油、化工设备等的制造和维修。

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用包覆型多组元棒材，其特征在于，包括芯料和外包覆层，所述芯料中含有原料和粘结剂，所述外包覆层为有机保护层；

2.根据权利要求1所述的热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材，其特征在于，所述原料含有的Ni、Si、Cu、Cd、B、N和C的存在形式包括单独物质或由其组成化合物或氧化物。

3.根据权利要求1所述的热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材，其特征在于，所述粘结剂为有机物，具体包括PVA、PVP、PA、PE或环氧树脂中的一种、两种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材，其特征在于，所述粘结剂为无机物，具体包括磷酸盐或硅酸盐中的一种或二种的混合物

5.根据权利要求2所述的热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材，其特征在于，所述外包覆层材料包括HPMC、CMC、PAC、PVA或PEG。

6.根据权利要求1-5所述的热喷涂封严涂层用包覆型多组元棒材的制备方法，其特征在于，包括：

将所述芯料和所述外包覆层膏状材料装入模腔中，在10-60MPa的压力下压制挤出成型；

将经过所述挤出获得的物质在室温下晾干，晾干时间要大于等于5小时，将晾干后的物质加热至100～200℃后保持1-10小时的烘干，获得柱状的热喷涂封严涂层材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将原料进行机械球磨混合包括：将原料一次性加入后进行机械球磨混合，或将原料分多次加入后进行机械球磨混合，或将原料连续加入后进行机械球磨混合。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述室温下将原料进行机械球磨混合，并加入粘结剂进行捏合包括：

将原料进行机械球磨混和均匀后，加入粘接剂进行捏合，所述粘结剂中加入与粘接剂重量比为0-10.0％的添加剂和0-5.0％助剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括：Si氧化物或硅酸盐。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述助剂包括：甘油或钛酸酯。