CN117587350B - 一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热喷涂材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料及其制备方法。具体技术方案为：一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料，按照质量百分比计，包括聚酯10～50%、氮化硼1～10%、粘结剂0.2～7%；余量为AlSi合金。本发明解决了传统铝基封严涂层耐腐蚀性差、黏着叶片等问题。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料及其制备方法。
背景技术
现代航空发动机和燃气轮机为提高效率、降低油耗等，在其压气机等部位大量使用可磨耗封严涂层，其能够在转子和静子发生碰磨时通过自身主动磨耗保护转子零件不被磨损，吸收碰磨能量减小振动，起到气路封严作用。
可磨耗封严涂层按照磨耗机制可分为以塑性变形机制（Plastic deformation）为主的涂层和以脆性断裂机制（Brittle fracture）为主的涂层两大类。以塑性变形机制为主的可磨耗封严涂层，主要通过骨架的塑性变形产生刮痕沟槽及磨屑，这一类涂层包括铝基、银基和致密MCrAlY涂层等，涂层组织较致密，构成涂层的主要组分熔点、剪切模量和弹性模量均低于与之对磨的转子材料。以脆性断裂机制为主的可磨耗封严涂层，主要通过组成骨架材料的颗粒边界断裂产生，这一类涂层包括镍基、钴基、和陶瓷基等，涂层组织较疏松，一般含有固体润滑剂组分，构成涂层骨架的组分熔点、剪切模量和弹性模量等与对磨转子材料相当或更高。铝基封严涂层是应用最早和最成功的可磨耗封严涂层，在航空发动机和燃气轮机中主要与钛合金转子件配合使用。由于铝的弹性模量和熔点均低于钛合金，使其与钛合金对磨时能够优先变形或软化从而容易被刮削掉，不易磨损钛合金。但是，随着使用温度的提升以及服役工况环境的影响，使涂层黏着叶片、耐腐蚀性能不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料及其制备方法，解决了传统铝基封严涂层耐腐蚀性差、黏着叶片等问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料，按照质量百分比计，包括聚酯 10～50%、氮化硼 1～10%、粘结剂 0.2～7%；余量为AlSi合金。
优选的，所述氮化硼包覆在AlSi合金粉表面。
优选的，按照质量百分比计，所述AlSi合金包括Si 10～13%、Cr 1～2%、Mo 1～2%、Fe≤1.0%、O≤0.2%、余量为Al。
优选的，所述聚酯为聚苯酯、聚氨酯中的至少一种，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、环氧树脂、丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、偏硅酸钠中的至少一种。
相应的，一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料的制备方法，将氮化硼包覆在AlSi合金粉表面，再与聚酯团聚复合，形成耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料。
优选的，具体制备过程为：将AlSi合金粉末与氮化硼机械融合包覆成一次复合粉末，再与聚酯混合均匀后，加入粘结剂，充分搅拌至粉末成颗粒状。
优选的，所述AlSi合金粉末过300目筛，所述粉末成颗粒状后依次过100目和325目筛。
优选的，所述AlSi合金采用雾化工艺制备，包括真空环境下的惰气雾化、惰气保护下的惰气雾化和普通大气雾化中的任意一种方式。
优选的，所述AlSi合金的制备过程为：将铝锭、硅锭、铬块和钼块熔炼后，进行雾化，获得AlSi合金粉末；其中，雾化温度为750～850℃，雾化压力为1.5～3.0 MPa。
本发明具备以下有益效果：
本发明采用添加了微量Mo、Cr等元素的AlSi合金作为骨架组分，采用“剥离介质”作用的六方氮化硼（hBN）作为可磨耗组分，采用热喷涂成型性良好的聚酯作为孔隙相，配合采用“机械包覆、团聚复合”等复合工艺，制取了铝基氮化硼聚酯复合粉末，AlSi合金中微量Mo、Cr元素可细化晶粒，增强耐腐蚀性；聚酯会在喷涂过程中烧损，可通过烧损控制以达到合适的孔隙；而六方氮化硼则作为润滑相与叶尖对磨，其相的分布会对涂层的可磨耗性以及与叶尖的黏附特点产生有利影响。
附图说明
图1为AlSi合金粉末的扫描电子显微镜照片；
图2为一次复合粉末的扫描电子显微镜照片；
图3为最终铝硅氮化硼聚苯酯（AlSi/hBN/PHB）复合粉末的扫描电子显微镜照片；
图4为盐雾试验后涂层外观形貌照片；
图5为对磨刮削后涂层磨痕和叶片叶尖外观形貌照片；
图6为盐雾试验后涂层外观形貌照片；
图7为对磨刮削后涂层磨痕和叶片叶尖外观形貌照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
本发明公开了一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料，按照质量百分比计，包括聚酯 10～50%、氮化硼 1～10%、粘结剂 0.2～7%；余量为AlSi合金。其中，所述氮化硼包覆在AlSi合金粉表面。
进一步的，按照质量百分比计，所述AlSi合金包括Si 10～13%、Cr 1～2%、Mo 1～2%、Fe≤1%、O≤0.2%、余量为Al。
进一步的，所述聚酯为聚苯酯、聚氨酯中的至少一种，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、环氧树脂、丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、偏硅酸钠中的至少一种。
本发明公开了一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料的制备方法，将氮化硼包覆在AlSi合金粉表面，再与聚酯团聚复合，形成耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料。
具体制备过程为：将AlSi合金粉末与氮化硼机械融合包覆成一次复合粉末，再与聚酯混合均匀后，加入粘结剂，充分搅拌至粉末成颗粒状。其中，所述AlSi合金粉末过300目筛，所述粉末成颗粒状后依次过100目和325目筛。
进一步的，所述AlSi合金采用雾化工艺制备，包括真空环境下的惰气雾化、惰气保护下的惰气雾化和普通大气雾化中的任意一种方式。
更进一步的，所述AlSi合金的制备过程为：将铝锭、硅锭、铬块和钼块熔炼后，进行雾化，获得AlSi合金粉末；其中，雾化温度为750～850℃，雾化压力为1.5～3.0MPa。
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1
一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料及其制备方法，步骤如下：
步骤1：量取42.4kg铝锭、6kg硅锭、0.8kg铬块和0.8kg钼块。
步骤2：在德国ALD大型真空雾化系统上进行惰气雾化制粉，将步骤1中的原料加入到雾化系统的真空熔炼炉中，利用中频感应加热，熔炼功率50kW，待合金液均匀化后，利用氩气雾化，雾化参数为：温度780℃、雾化压力2.1MPa、雾化角度60°、漏嘴直径5mm，获得AlSi合金粉末。图1示出AlSi合金粉末的扫描电子显微镜照片，粉末为类球状。
步骤3：使用符合GB T 5330-2003标准的300目筛子对步骤2获得AlSi粉末进行筛分，筛下物即为耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层骨架材料。
步骤4：量取步骤3获得的AlSi粉末5.2kg、六方氮化硼粉末0.6kg，机械融合包覆（挤压头通过高速机械式转动，形成强挤压力，将氮化硼粉末挤压到AlSi粉末颗粒表面）成一次复合粉末。图2示出一次复合粉末的扫描电子显微镜照片，粉末为类球状，表面有hBN粉末包覆。
步骤5：量取聚苯酯粉末4.0kg，与步骤4获得的一次复合粉末均匀混合。
步骤6：量取聚乙烯醇0.2kg，投入5L去离子水加热至80℃充分溶解并放置至室温获得粘结剂。
步骤7：将步骤6获得的粘结剂倒入步骤5获得的粉末混合物中，充分搅拌均匀后继续搅拌直至粉末成颗粒状。
步骤8：使用符合GB T 5330-2003标准的100目筛子和325目筛子对步骤7获得的粉末依次进行筛分，获得的粉末即为最终涂层材料。图3示出最终铝硅氮化硼聚苯酯（AlSi/hBN/PHB）复合粉末的扫描电子显微镜照片。
将获得的涂层材料，在35℃±2℃、NaCl浓度5%±1%、pH值6.5～7.2盐雾条件下，涂层耐腐蚀性显著提高，图4为盐雾试验后涂层外观形貌照片。在320℃、300m/s、50μm/s模拟工况高温高速与钛合金叶片对磨刮削条件下，涂层磨痕光滑平整、叶片叶尖无涂层材料的黏着，可磨耗性显著提高，具体见图5，该图为对磨刮削后涂层磨痕和叶片叶尖外观形貌照片。
对比例1
参照实施例1进行，其区别在于：步骤1中，未添加铬块和钼块为原料直接进行步骤2，制备得到最终涂层粉末材料。
将制备的涂层材料，在35℃±2℃、NaCl浓度5%±1%、pH值6.5～7.2盐雾条件下，涂层耐腐蚀性较差，具体见图6，该图为盐雾试验后涂层外观形貌照片。
对比例2
参照实施例1进行，其区别在于：步骤4中，无需制备一次复合粉末。
将制备的涂层材料，在320℃、300m/s、50μm/s模拟工况高温高速与钛合金叶片对磨刮削条件下，涂层磨痕表面有较浅沟痕、叶尖有明显涂层材料的黏附，具体见图7，该图为对磨刮削后涂层磨痕和叶片叶尖外观形貌照片。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料，其特征在于：按照质量百分比计，包括聚酯10～50%、氮化硼 1～10%、粘结剂 0.2～7%；余量为AlSi合金；所述氮化硼包覆在AlSi合金粉表面。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料，其特征在于：按照质量百分比计，所述AlSi合金包括Si 10～13%、Cr 1～2%、Mo 1～2%、Fe≤1.0%、O≤0.2%、余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料，其特征在于：所述聚酯为聚苯酯、聚氨酯中的至少一种，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、环氧树脂、丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、偏硅酸钠中的至少一种。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料的制备方法，其特征在于：将氮化硼包覆在AlSi合金粉表面，再与聚酯团聚复合，形成耐腐蚀抗黏着铝基封严涂层材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：具体制备过程为：将AlSi合金粉末与氮化硼机械融合包覆成一次复合粉末，再与聚酯混合均匀后，加入粘结剂，充分搅拌至粉末成颗粒状。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述AlSi合金粉末过300目筛，所述粉末成颗粒状后依次过100目和325目筛。
7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于：所述AlSi合金采用雾化工艺制备，包括真空环境下的惰气雾化、惰气保护下的惰气雾化和普通大气雾化中的任意一种方式。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述AlSi合金的制备过程为：将铝锭、硅锭、铬块和钼块熔炼后，进行雾化，获得AlSi合金粉末；其中，雾化温度为750～850℃，雾化压力为1.5～3.0 MPa。
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