CN109881141B - NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层 - Google Patents
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层 Download PDFInfo
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Abstract
一种NiCoCrAlY/Cr2O3‑Ag‑CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层及其制备方法，本发明采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCoCrAlY/Cr2O3‑Ag‑CaF2.BaF2涂层材料，结构更加致密，采用灰度法测得涂层中孔隙率为0.36±0.05％，仅为等离子喷涂涂层的1/7。同时，该涂层具有高的显微硬度和结合强度，其室温下的摩擦系数约为0.7左右，而800℃时，摩擦系数约为0.3左右，均比等离子喷涂涂层要低。NiCoCrAlY/Cr2O3‑Ag‑CaF2.BaF2涂层中由于基体中加入了Al元素，使得涂层的抗氧化性能更好。
Description
技术领域
本发明总体涉及耐磨涂层领域，具体涉及采用超音速火焰喷涂技术制备NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层。
背景技术
镍基高温固体润滑耐磨涂层材料具有很好的高温强度、耐高温热腐蚀性能和耐高温氧化性能，已作为高温防护涂层材料广泛应用于航空航天、电力、核能和冶金等领域的高温相对运转部件上。但是随着工业的快速发展，现有的高温涂层材料已不能满足使用要求，迫切需要研制一种新型的宽温域的涂层材料。
目前，对于镍基高温固体润滑耐磨涂层材料的研究相对较多，但是，对于采用超音速喷涂技术制备NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2固体润滑耐磨涂层材料还未见报道。G.Kim等人采用等离子喷涂制备了NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层，研究了H2流量对涂层微观结构和性能的影响，研究发现：随着H2流量的增加，涂层中Cr2O3的含量增加，而Ag的含量减少，涂层的结合强度和维氏硬度均增加。H.Yang等人采用等离子喷涂制备了纳米Cr2O3增强 NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层，并与非纳米Cr2O3增强 NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2复合涂层进行了对比。研究发现：纳米Cr2O3增强涂层具有更好的显微结构和机械性能，涂层各相分布更加均匀，同时涂层的显微硬度和结合强度也更高。Ding C H等人采用高能球磨和粉末冶金技术制备了 PM304涂层，研究了涂层的结构与性能。研究发现：PM304涂层结构致密，涂层具有良好的结合强度和耐磨性能。徐娜等人采用等离子喷涂技术制备了 NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层，研究了热处理对涂层结构和性能的影响。研究发现：650℃热处理12或24h后，涂层结合强度增加；800℃时，BaF2氧化严重，涂层组织疏松，结合强度明显降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层及其制备方法，该涂层主要应用于航空航天、电力、冶金等高温相对运转部件上。
根据本发明的NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)按一定化学计量比称量Cr2O3、Ni、Cr、Co、Al、Y、Ag和CaF2.BaF2粉体，并和去离子水混合均匀，让后，放入球磨混料装置，球磨混料4～6h；
(2)将混合好的料浆加入粘结剂，用搅拌器混合均匀，并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡，采用离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒；
(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化，合金化温度为950℃，保温时间为8h；
(4)将合金化后的粉体进行破碎，并振动筛进行筛分，取粒径为20～45μm 之间的颗粒用于超音速火焰喷涂；
(5)把基体放在丙酮中超声清洗，以除去基体表面的油渍和其它物质；干燥后，采用吸入式干喷砂机对基体表面进行喷砂预处理；
(6)采用超音速火焰喷涂设备制备涂层，经优化的喷涂参数如下：氧气流量 50m3/h，喷涂距离350mm，送粉量30～40g/min，航空煤油21L/h。
具体情况下，步骤(1)中各组分的重量配比为：Ni：Co：Cr：Al：Y＝74： 2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY：40％～60％；Cr2O3：38％～50％；Ag：1％～10％； CaF2.BaF2：1％～10％。
等离子喷涂NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层具有较好的润滑和耐磨性能，但是涂层的孔隙率相对较高，涂层抗氧化性能较差。本发明采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层材料，结构更加致密，采用灰度法测得涂层中孔隙率为0.36±0.05％，仅为等离子喷涂涂层的1/7。同时，该涂层具有高的显微硬度和结合强度，其室温下的摩擦系数约为0.7左右，而800℃时，摩擦系数约为0.3左右，均比等离子喷涂涂层要低。其中Ag的添加能够保持低温段(室温-400℃)的润滑性能，CaF2.BaF2的添加能够保持高温段 (400℃-1000℃)的润滑性能，从而使得涂层具有宽温域自润滑耐磨性能。NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层中由于基体中加入了Al元素，使得涂层的抗氧化性能更好。
附图说明
图1为本发明的NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层的制备工艺流程图。
图2为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层的摩擦系数随温度的变化。
图3为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的磨损率随温度的变化。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实施例所限。
本发明采用超音速火焰喷涂技术制备NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层，其制备工艺流程如图1所示。
具体制备过程分为两部分：
1.粉体的制备
(1)按一定化学计量比称量Cr2O3、Ni、Cr、Co、Al、Y、Ag和CaF2.BaF2粉体，并和去离子水按一定比例混合均匀，让后，放入球磨混料装置，球磨混料4～6h。
各组分的重量配比为：Ni：Co：Cr：Al：Y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY： 40％～60％；Cr2O3：38％～50％；Ag：1％～10％；CaF2.BaF2：1％～10％，其中CaF2.BaF2为CaF2和BaF2的混合粉体，二者之间的摩尔比为1：1。
(2)将混合好的料浆加入一定量的粘结剂，用JJ-1增力电动搅拌器混合均匀，并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡，采用LGZ高速离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒。
(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化，合金化温度为950℃，保温时间为8h。
(4)将合金化后的粉体进行破碎，并振动筛进行筛分，取粒径为20～45μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂。
2.涂层的制备
(1)把基体放在丙酮中超声清洗10min，以除去基体表面的油渍和其它物质。干燥后，采用GS-943型吸入式干喷砂机对Ni基高温合金基体表面进行喷砂预处理。
(2)采用TⅠ-Ⅱ3200CY型超音速火焰喷涂设备制备涂层，经优化的喷涂参数如下：氧气流量50m3/h，喷涂距离350mm，送粉量30～40g/min，航空煤油21L/h。
实施例1
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层，其组成为：Ni：Co：Cr：Al： Y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY：50％；Cr2O3：40％；Ag：5％；CaF2.BaF2： 5％。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。
图2所示为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层的摩擦系数随温度的变化。如图所示，超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的摩擦系数随着温度的升高逐渐降低，在800℃时，摩擦系数最低，约为0.3左右，这主要是因为在高温下，涂层表面生成了CaF2.BaF2润滑膜的原因。
图3为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的磨损率随温度的变化。如图所示，涂层的磨损率随着温度的升高先增大后减小，在200℃时，磨损率达到最大，约为7.76×10-4mm3/Nm；而在在800℃时，磨损率达到最小，约为2.75×10-4mm3/Nm。这主要是因为在高温下CaF2.BaF2发生软化，软化后的CaF2.BaF2在剪应力的作用下，在涂层表面生成润滑膜的原因。
结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.3和2.75×10-4 mm3/Nm。
实施例2
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层，其组成为：Ni：Co：Cr：Al： Y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY：45％；Cr2O3：45％；Ag：2.5％； CaF2.BaF2：7.5％：。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。
结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.38和2.52×10-4mm3/Nm。
实施例3
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层，其组成为：Ni：Co：Cr：Al： Y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY：40％；Cr2O3：50％；Ag：5％；CaF2.BaF2： 5％。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。
结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.32和2.68×10-4mm3/Nm。
实施例4
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层，其组成为：Ni：Co：Cr：Al： Y＝74：2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY：60％；Cr2O3：38％；Ag：1％；CaF2.BaF2： 1％。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体，并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料，测试其摩擦系数和磨损率。
结论：通过测试其800℃时，摩擦系数和磨损率最低，分别为0.40和2.48×10-4mm3/Nm。
本领域技术人员应当理解，以上实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的原则和精神以内，所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1) 按一定化学计量比称量Cr2O3、Ni、Cr、Co、Al、Y、Ag和CaF2.BaF2粉体，并和去离子水混合均匀，让后，放入球磨混料装置，球磨混料4~6 h；
(2) 将混合好的料浆加入粘结剂，用搅拌器混合均匀，并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡，采用离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒；
(3) 将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化，合金化温度为950 ℃，保温时间为8h；
(4) 将合金化后的粉体进行破碎，并振动筛进行筛分，取粒径为20~45 μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂；
(5) 把基体放在丙酮中超声清洗，以除去基体表面的油渍和其它物质；干燥后，采用吸入式干喷砂机对基体表面进行喷砂预处理；
(6) 采用超音速火焰喷涂设备制备涂层，经优化的喷涂参数如下：氧气流量50m3/h，喷涂距离350mm，送粉量30~40g/min，航空煤油21L/h；
步骤（1）中各组分的重量配比为：Ni：Co：Cr：Al：Y=74：2.5：17.5：5.5：0.5；NiCoCrAlY：40 %~60 %；Cr2O3：38%~50 %； Ag：1%~10%；CaF2.BaF2：1%~10%；其中CaF2.BaF2为CaF2和BaF2的混合粉体，二者之间的摩尔比为1：1。
2.由权利要求1所述的制备方法制备的高温固体自润滑耐磨涂层。
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| CN111349881A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-30 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法 |
| CN112962065B (zh) * | 2021-01-18 | 2022-10-11 | 南京航空航天大学 | 一种镍基合金表面复合结构涂层及其制备方法 |
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| EP4438764A1 (en) * | 2023-03-29 | 2024-10-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Multicomponent coating |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050065939A (ko) * | 2003-12-26 | 2005-06-30 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 저온용사를 이용한 저마찰/저마모 고상윤활 코팅 |
| CN1727420A (zh) * | 2005-07-11 | 2006-02-01 | 西安交通大学 | 高温自润滑涂层的制备方法 |
| CN101736340A (zh) * | 2008-11-07 | 2010-06-16 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 快速感应热烧结制备高温自润滑涂层的方法 |
| CN102041466A (zh) * | 2010-07-30 | 2011-05-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种高性能高温固体自润滑涂层及其制备方法 |
| CN102528049A (zh) * | 2010-12-20 | 2012-07-04 | 北京有色金属研究总院 | 一种空气轴承与转子涂层用复合粉体及其制备方法 |
| CN103074561A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-05-01 | 北京矿冶研究总院 | 一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法 |
| CN104278226A (zh) * | 2013-07-02 | 2015-01-14 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种宽温域自润滑涂层的制备技术 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050065939A (ko) * | 2003-12-26 | 2005-06-30 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 저온용사를 이용한 저마찰/저마모 고상윤활 코팅 |
| CN1727420A (zh) * | 2005-07-11 | 2006-02-01 | 西安交通大学 | 高温自润滑涂层的制备方法 |
| CN101736340A (zh) * | 2008-11-07 | 2010-06-16 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 快速感应热烧结制备高温自润滑涂层的方法 |
| CN102041466A (zh) * | 2010-07-30 | 2011-05-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种高性能高温固体自润滑涂层及其制备方法 |
| CN102528049A (zh) * | 2010-12-20 | 2012-07-04 | 北京有色金属研究总院 | 一种空气轴承与转子涂层用复合粉体及其制备方法 |
| CN103074561A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-05-01 | 北京矿冶研究总院 | 一种宽温域自润滑涂层材料及其制备方法 |
| CN104278226A (zh) * | 2013-07-02 | 2015-01-14 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种宽温域自润滑涂层的制备技术 |
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