CN103691936B

CN103691936B - 镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末及其制备方法

Info

Publication number: CN103691936B
Application number: CN201410000619.2A
Authority: CN
Inventors: 于月光; 冀晓鹃; 章德铭; 沈婕; 杨永琦; 程旭莹
Original assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2014-01-01
Filing date: 2014-01-01
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2034-01-01
Also published as: CN103691936A

Abstract

一种镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末及其制备方法，镍铬铝膨润土（硅藻土）复合粉末成分的质量百分含量为Ni：50～85％，Cr：3～15％，Al：0.1～10％，膨润土（硅藻土）：余量。该镍铬铝膨润土（硅藻土）粉末喷涂工艺性好，镍含量可根据需要进行调整，生产工艺流程简单，生产规模可根据需要进行控制。采用以上粉末通过热喷涂方法制备的可磨耗封严涂层结合强度高、硬度低、可磨耗性和抗氧化性好。

Description

镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可磨耗封严复合粉末材料，属于热喷涂材料及涂层制备技术领域。

背景技术

航空工业的迅速发展对航空发动机提出了越来越高的要求，大推力、高效率、低油耗已成为发动机设计和制造的总体目标，为此，应尽量提高涡轮机进口气体温度，减小转子与静子部件之间的间隙。受材料使用温度的限制，提高涡轮机进口气体温度是有限的，因而减小压气机、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。据资料报道，在一台高压涡轮机内，间隙每减小0.13～0.25mm，油耗可减少0.5%～1.0%，发动机效率即可提高2%左右。然而，在发动机的制造和运行过程中，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限度。

热喷涂封严涂层由于具有以下优点，得到越来越广泛的应用：(1)容易按照所要求的厚度直接喷涂在发动机零件上而不需要钎焊；(2)容易返修，旧涂层易去除，新涂层可直接重新喷涂在同一位置；(3)根据发动机不同部位、不同使用温度的要求，可供选择的材料较多；(4)容易调整性能，以获得可磨耗性和抗冲蚀性的最佳配合；(5)涂层可为机匣提供热障和减少其受高温燃气的影响。

近年来，封严涂层材料的研制已取得一定进展，按其使用温度划分，可分为低温涂层，温度在400℃以下，如铝硅聚苯酯、银铜合金等；中温涂层，使用温度在400－700℃，如镍石墨、铜铝镍石墨、镍铬铝镍石墨等；高温涂层，使用温度大于700℃，如镍铬铝膨润土、镍铬铝硅藻土等。镍铬铝膨润土（硅藻土）是一种复合粉末材料，可用于制备航空发动机间隙控制用高温可磨耗封严涂层，该材料具有抗氧化性好、硬度低和结合强度高的特性。然而我国在高温封严涂层材料研制方面还未有所突破，也未见报道。

发明内容

本发明的目的就是提供一种热喷涂用镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土团聚包覆型复合粉末，这种粉末镍含量可控，包覆均匀致密，粉末流动性好，能满足热喷涂工艺的需要，并且这种粉末的生产方法还可用于制备其他团聚包覆型金属－非金属复合粉末。

镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末，其特征在于，所述复合粉末的质量百分组成为：Ni：50～85％，Cr：3～15％，Al：0.1～10％，余量为膨润土或硅藻土。

在一些实施方案中，所述复合粉末中的镍元素以镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末和/或镍铬合金粉末的形式存在。

在一些实施方案中，镍元素以镍铬合金形式存在时，镍铬合金中镍含量为75～95wt％；镍元素以镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末形式存在时，镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末中镍含量为50～90wt％。

在一些实施方案中，所述镍铬合金粉末粒度范围为45～200μm，镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末粒度范围为45～200μm。

本发明的另一目的是提供一种镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土团聚包覆型复合粉末的制备方法，该方法工艺流程少、操作方法简单、制造成本低，生产规模可控，适合于工业化生产。

镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土团聚包覆型复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

（1）将镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末充分润湿后加入粒度为1～15μm的超细铬粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃；

（2）将步骤（1）中制备的镍铬膨润土或镍铬硅藻土复合粉末再次与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍铬膨润土或镍铬硅藻土粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末。

将镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍包膨润土粉末充分润湿后同时加入粒度为1～15μm的超细铬粉和粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末。

（1）将镍铬合金粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍铬合金粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铬铝复合粉末；

（2）将镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铝膨润土或镍铝硅藻土复合粉末；

（3）将步骤（1）制备的镍铬铝复合粉末与步骤制备的（2）镍铝膨润土或镍铝硅藻土复合粉末进行机械混合，得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末；或者将步骤（1）制备的镍铬铝复合粉末与镍包膨润土或镍包硅藻土粉末进行机械混合得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末；或者将镍铬合金粉末与步骤（2）制备的镍铝膨润土或镍铝硅藻土复合粉末进行机械混合得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末。

将合适粒度的镍铬合金粉末与镍包膨润土或镍包硅藻土粉末进行机械混合，充分搅拌均匀后与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与以上混合粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃。

在上述制备方法中，根据产品各元素质量组成要求，调整镍铬合金粉末、镍包膨润土或镍包硅藻土粉末与铝粉的比例。

镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土团聚包覆型复合粉末的制备方法，所述粘结剂为有机粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠与溶剂的混合物，溶剂为酒精、丙酮或水，有机粘结剂与溶剂体积比为1：3～1：20。

镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土涂层制备方法，其特征在于采用热喷涂方法进行制备，如采用大气等离子喷涂或火焰喷涂等。若采用大气等离子喷涂，喷涂参数为电流700～850A，主气50～60L/min，次气20～30L/min，送粉量30～60g/min，载气10～15L/min。若采用火焰喷涂，氧气压力为1.5～2.5MPa，乙炔压力0.1～0.2MPa，送粉量30～50g/min。

本发明具有以下优点：

1、采用超细铬粉、铝粉作为包覆粉末，可保证团聚包覆的均匀性和完整性。

2、团聚包覆工艺操作简单，生产规模可控，粉末成分容易调整，可实现规模化生产。

附图说明：

附图为实施例1采用镍包膨润土包覆超细镍铬合金粉、铝粉制备的镍铬铝膨润土形貌。

具体实施方式：

实施例1

取粒度为45～150μm、镍的质量百分含量为65％的镍包膨润土500g，取粒度为45～150μm、铬的质量百分含量为10％的镍铬合金粉末450g，将以上两种粉末混合均匀，加入甲乙胶50g并稀释使粉末充分润湿，加入超细铝粉50g充分搅拌、混合均匀、烘干后得到镍铬铝膨润土粉末。

采用大气等离子喷涂方法进行涂层制备，喷涂参数为：电流700A，主气50L/min，次气20L/min，送粉量50g/min，载气10L/min。

实施例2

取粒度为45～150μm、镍的质量百分含量为65％的镍包硅藻土500g，加入浓度为20％的聚乙烯醇50ml并使粉末充分湿润，加入超细铬粉100g充分搅拌、混合均匀、烘干。将以上镍铬硅藻土粉末加入浓度为20％的聚乙烯醇50ml并使粉末充分润湿，加入超细铝粉50g充分搅拌、混合均匀、烘干后得到镍铬铝硅藻土粉末。

采用火焰喷涂方法进行涂层制备，氧气压力为1.5MPa，乙炔压力为0.12MPa，送粉量40g/min。

Claims

1.镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末，其特征在于，所述复合粉末的质量百分组成为：Ni：50～85％，Cr：3～15％，Al：0.1～10％，余量为膨润土或硅藻土；所述复合粉末中的镍元素以镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末和/或镍铬合金粉末的形式存在，镍元素以镍铬合金形式存在时，镍铬合金中镍含量为75～95wt％；镍元素以镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末形式存在时，镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末中镍含量为50～90wt％；所述镍铬合金粉末粒度范围为45～200μm，镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末粒度范围为45～200μm。

2.根据权利要求1所述的复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末充分润湿后加入粒度为1～15μm的超细铬粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃；

(2)将步骤(1)中制备的镍铬膨润土或镍铬硅藻土复合粉末再次与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍铬膨润土或镍铬硅藻土复合粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠与溶剂的混合物，溶剂为酒精、丙酮或水，有机粘结剂与溶剂体积比为1：3～1：20。

4.根据权利要求1所述的复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末充分润湿后同时加入粒度为1～15μm的超细铬粉和粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠与溶剂的混合物，溶剂为酒精、丙酮或水，有机粘结剂与溶剂体积比为1：3～1：20。

6.根据权利要求1所述的复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将镍铬合金粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍铬合金粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铬铝复合粉末；

(2)将镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃，得到镍铝膨润土或镍铝硅藻土复合粉末；

(3)将步骤(1)制备的镍铬铝复合粉末与步骤制备的(2)镍铝膨润土或镍铝硅藻土复合粉末进行机械混合，得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末；或者将步骤(1)制备的镍铬铝复合粉末与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末进行机械混合得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末；或者将镍铬合金粉末与步骤(2)制备的镍铝膨润土或镍铝硅藻土复合粉末进行机械混合得到镍铬铝膨润土或镍铬铝硅藻土复合粉末。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠与溶剂的混合物，溶剂为酒精、丙酮或水，有机粘结剂与溶剂体积比为1：3～1：20。

8.根据权利要求1所述的复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将合适粒度的镍铬合金粉末与镍包膨润土或镍包硅藻土包覆型粉末进行机械混合，充分搅拌均匀后与粘结剂进行混合并充分搅拌，粘结剂质量百分含量为1～5％，粘结剂与以上混合粉末充分润湿后加入粒度为30nm～10μm的超细铝粉进行搅拌，混合均匀后进行烘干，烘干温度为70～190℃。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纤维素钠与溶剂的混合物，溶剂为酒精、丙酮或水，有机粘结剂与溶剂体积比为1：3～1：20。

10.根据权利要求1所述的复合粉末的涂层制备方法，其特征在于，采用热喷涂方法进行制备，采用大气等离子喷涂时，喷涂参数为电流700～850A，主气50～60L/min，次气20～30L/min，送粉量30～60g/min，载气10～15L/min；采用火焰喷涂时，氧气压力为1.5～2.5MPa，乙炔压力0.1～0.2MPa，送粉量30～50g/min。