CN1923909B

CN1923909B - 一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料及其制备方法

Info

Publication number: CN1923909B
Application number: CN200610124432A
Authority: CN
Inventors: 程旭东; 高忠宝; 顾少轩; 杨章富; 张子军; 邓飞飞
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: CN1923909A

Abstract

本发明涉及一种可磨耗封严复合涂层材料。一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于它包括基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂和水原料制成，基相材料占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：70％～75％，填充材料A占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：14％～20％，填充材料B占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：9％～15％；粘接剂的加入量为基相材料、填充材料A和填充材料B重量的2％～5.5％；水的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂重量的70％～78％。本发明具有高温稳定性、可磨耗性、结合强度、抗冲蚀性好的特点。

Description

一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可磨耗封严涂层材料及其制备方法，特别涉及一种等离子喷涂用高温纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，以及该种复合涂层材料的制备方法。

背景技术

航空工业的迅猛发展对航空发动机提出了越来越高的要求，具有大推力、高的工作效率、低的油耗成为发动机设计和制造的总体目标，为实现这个目标，对发动机自身工作性能的提高必然成为研究工作的一部分，但是从目前这方面的研究成果来看，效果并不是十分明显，因为发动机的工作是与外界条件联系在一起的，于是人们开始从总体上来寻求提高发动机工作性能的途径，通过研究发现在发动机外部采用气路封严技术能够很好的提高发动机的工作性能，实验表明，发动机的高压涡轮叶尖间隙若平均减少0.254mm，涡轮效率就可提高约1％；如果涡轮的径向间隙增加0.127mm，单位耗油率就增大约0.5％。此外，压气机的运转间隙过大，它的气动特性可能在发动机加速时遭到破坏，并引起喘振，极易产生事故。因此，为提高发动机运转效率、使用寿命和降低油耗，应尽量减少转子与静子之间的运转间隙。但是由于制造困难和部件在工作状态下的结构变形，间隙过小，则旋转中的动、静件之间有干涉摩擦的危险，这不仅会损伤机件，而且对压气机而言，其钛合金叶片与邻近的钛合金零件形成钛-钛摩擦有起火的危险，因此希望有一个既能减少间隙又能缓冲干涉摩擦的封严圈，热稳定性和较小的摩擦系数以及具有抗氧化性。于是如何制造出这种合适的封严圈成为气路封严技术的研究关键。目前国外、国内多采用喷涂的封严涂层来作为封严圈，制备的封严涂层位于发动机的压气机和涡轮机的机匣上，所处的位置和功能决定了该封严涂层要在较高温度和高速气流冲刷的条件下工作，因此可磨耗封严涂层材料必须具备以下性能：

(1)高温稳定性：封严材料所处的位置温度较高，要求涂层在高温作用下不发生相变，分解，不会失效等，在高温条件下正常工作。

(2)可磨耗性：转子叶片的叶尖和封严材料相互作用时，封严材料本身被磨损和刮削，可在不损伤叶片的前提下，获得发动机实际工作状态下的最小间隙。

(3)结合强度和抗热震性：结合强度是指涂层与机匣基体之间粘结的牢固程度，足够的结合强度能保证涂层不从机匣上剥离，抗热震性是当温度急剧变化时涂层不开裂、不剥层和不剥落的能力。

(4)抗冲蚀性：飞机在飞行时，进入发动机的高速气流会对封严材料产生强烈的冲刷作用；空气中的固体粒子，尤其是在沙漠地带空气中的硬质砂粒会加剧这种冲刷作用，使封严材料产生冲蚀磨损。过量的冲蚀磨损会降低封严材料的封严效果，从而降低发动机的效率。

具有上述几种性能的封严涂层才能够起到很好的气路封严的效果，很大程度的提高飞机发动机的工作效率，延长寿命.国外对可磨耗封严涂层的研究起步比较早，目前已有20多种适用于发动机封严的可磨耗封严涂层粉料.早期研制使用的封严涂层材料主要有NiAl、Al-Si、NiCrAl、NiCrAlY粉料，这几种属于合金涂层，耐温达到650℃，与基体的结合强度很高，但是可磨耗性很差，在高温下使用时容易发生熔化与叶片粘着，受热变形导致涂层失效，并且对叶片的磨损非常大.随后为了解决这种叶片与涂层粘着以及涂层硬度过高的问题，通过在涂层中添加软相的方法对涂层的工作性能加以改善，这些软相在基相材料中形成弥散分布，降低涂层的硬度，提高涂层的可磨耗性，防止涂层与叶片的粘着.这时使用的材料有Ni-石墨、Al-Si-聚酯、NiCrAl-氮化硼等，这些材料的耐温最高达到800℃，其中的氮化硼、石墨、聚酯、硅藻土、膨润土等作为软相能够不同程度上起到润滑的作用，并且涂层具有一定的孔隙率，在耐热性和抗热震性能方面都要优于以前使用的合金涂层，但是这种涂层的结合强度和耐气流冲蚀性并不理想.随着发动机的发展，工作温度已经达到1000℃以上，以往的涂层最高只能耐800℃的温度，因此对高温涂层的需求应用而生.

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温稳定性、可磨耗性、结合强度、抗冲蚀性好的纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于它包括基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂和水原料制成。基相材料占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：70％～75％，基相材料的粒度为20nm～60nm；填充材料A占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：14％～20％，填充材料A的粒度为60～500nm；填充材料B占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：9％～15％，填充材料B的粒度为6μm～10μm；粘接剂的加入量为基相材料、填充材料A和填充材料B总重量的2％～5.5％；水的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂总重量的70％～78％；

所述的基相材料为La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物与Y₂O₃和ZrO₂，ZrO₂的含量为82～85mol％，Y₂O₃的含量为5～7mol％，La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物的含量为10～13mol％；其中，La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；

所述的填充材料A为h-BN、石墨、硅藻土、膨润土中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，为任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；

所述的填充材料B为聚苯酯、聚酯中的任意一种或任意二种的混合物，为任意二种混合时，混合配比为任意比；

所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。

所述的原料中加入高温钎焊料，高温钎焊料的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂重量的1.5～5％，高温钎焊料为NiCuMnCo、CuNiTi或CoNiCrTi。

上述一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)、基相材料的制备：按ZrO₂的含量为82～85mol％，Y₂O₃的含量为5～7mol％，La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物的含量为10～13mol％，选取La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物、Y₂O₃和ZrO₂混合，经研磨后于800-1600℃温度下进行固溶稳定化烧结处理，得基相材料；其中，La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比。

2)、配料：按基相材料占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：70％～75％，基相材料的粒度为20nm～60nm；填充材料A占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：14％～20％，填充材料A的粒度为60～500nm；填充材料B占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：9％～15％，填充材料B的粒度为6μm～10μm；选取基相材料、填充材料A和填充材料B；按粘接剂的加入量为基相材料、填充材料A和填充材料B总重量的2％～5.5％，选取粘接剂；按水的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂总重量的70％～78％，选取水；

先将基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂混合成为混合料，然后在混合料中加入水，调配成料浆，调整料浆的pH值，pH值为6-6.5。

3)、雾化干燥：将步骤2)所得到的料浆在喷雾干燥塔内雾化干燥，干燥塔温度控制在110～320℃范围内；若采用离心雾化工艺时控制雾化盘的转速，雾化盘的转速为18000～21000rpm；制成空心团聚粉末；

4)、筛分：将步骤3)所得到的团聚粉末过筛，取40～90μm颗粒得产品；其余粉末作为回炉料。

本发明得到的团聚粉末采用等离子喷涂制备涂层，等离子喷涂涂层时火焰温度和速度极高，颗粒速度达400～600m/s，形成的涂层结合强度较高，而且涂层平整光滑，结构细腻，可精确控制厚度。

氧化锆因熔点高，热导率很低，热稳定性好，高温蠕变小，是一种理想的耐高温材料，可以研究作为高温封严涂层的基相。但纯ZrO₂材料一般不能直接用作耐热涂层，这是因为它的晶型转化会产生剥蚀现象。ZrO₂有三种晶型：单斜，四方，立方，低温时为单斜相m-ZrO₂；当加热到约1200℃，转变为四方相t-ZrO₂，并伴随7％～9％的体积收缩，超过2370℃，转变为立方相c-ZrO₂。当冷却到1000℃时，变为单斜结构并体积膨胀，由于相变所造成的体积收缩和膨胀不是随着温度连续变化，因而涂层不稳定，会因内部的热应力和体积应力，造成涂层过早开裂或剥落失效。若在ZrO₂中掺入氧化钇(Y₂O₃)作稳定剂，能使ZrO₂在高温下获得稳定化(YSZ)或部分稳定化(PYSZ)的晶体结构。而通常使用的是6～8mol％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂，它是由单斜相与四方相混合组成。此晶型结构在高温下，单斜相发生体积收缩相变，而四方相则随温度升高而发生体积膨胀相变，膨胀与收缩相互抵消，从而使部分稳定的ZrO₂/Y₂O₃晶体结构比完全稳定的ZrO₂/Y₂O₃晶体结构具有更低的平均热膨胀系数，与金属的热膨胀系数更接近，因而具有更好的抗热冲击性能以及更高的使用温度。ZrO₂基多元复合材料的研究比较深入，在ZrO₂基相组织的耐热性和热稳定性方面，有学者用其他的一些稀土氧化物如La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃等其中的一种或者其中多种氧化物的混合物来做ZrO₂的稳定剂，或对粉末做进一步的稳定化热处理，结果表明采用多种稀土氧化物稳定的ZrO₂在高温时较ZrO₂/Y₂O₃有更好的抗热腐蚀性和相稳定性，因此制成的涂层能在更高的温度下(1200℃以上)正常工作，更有研究表明，在1400℃时，Sc₂O₃+Y₂O₃稳定的ZrO₂中亚稳定四方晶(T^/相)的相稳定性比现在广泛使用的6～8mol％Y₂O₃稳定的ZrO₂中亚稳定四方晶(T^/相)的相稳定性要好的多，而且Gd₂O₃+Y₂O₃、Ce₂O₃+Y₂O₃稳定的ZrO₂在1400℃以上仍相当稳定。且涂层的韧性优于单一6～8mol％Y₂O₃稳定的ZrO₂涂层。当陶瓷材料的晶粒控制在小于100nm时，因为量子效应会带来材料性能的突变，材料强度和断裂韧性显著的提高，常温下具有超塑性，所以纳米ZrO₂的性能更优。因此利用ZrO₂的性能优点，通过掺杂和控制粒度对其性能进行改进，研究开发其作为耐热基相在高温封严涂层方面的应用，是本发明的目的。

石墨、h-BN、硅藻土、膨润土等除具有诸如润滑性，导热性和良好的高温性能好等特性外，作为弥散相改善复合材料的热稳定性主要是增加其应变容量在材料内部引入大小和数量适宜的第二相粒子、由于不同物质热膨胀系数有差异，在温度变化时，材料内布将产生大量微小裂纹，这就是应变调整机制，因此增加了应变容量。在复合材料中添加一定量的石墨、h-BN、硅藻土、膨润土中的一种或几种能够很好的改善材料的应力分布，改善材料的脆性，并且由于其具有良好的自润滑性，能够有效的调节材料的硬度，在以前关于封严涂层的研究中已有涉及，如在NiCrAl-氮化硼、Al-Si-氮化硼、Ni-石墨等涂层中充当涂层的高温润滑相和软相。因此，可以在涂层材料的设计时，研究在涂层中使用石墨、h-BN、硅藻土、膨润土中的一种或几种作为填充材料用以改善涂层性能。

聚苯酯与金属的性能十分接近，在目前所有塑料中，聚苯酯导热系数和在空气中的热稳定性最高。聚苯酯可在315℃下长期使用，短期使用温度可高达370-425℃。据称它是目前所有已知高分子材料中热稳定性、热容量、自润滑性、硬度、耐磨耗性等综合性能最好的品种。聚苯酯加热到538℃也不熔融，而仅在427℃发生类似金属的非粘性流动。它在320℃以下观察不到因分解而引起的失重现象，直到425℃才开始出现明显的失重。作为耐高温的特种工程塑料，聚苯酯除了有很高的热稳定性外，其导热系数在所有塑料中是最大的。在涂层中添加的聚苯酯在高温下烧掉，得到多孔低硬度面层。调节聚苯酯含量，在相同的工艺参数下喷涂，可得到不同孔隙率的涂层，对涂层的硬度和抗气流冲蚀性能都有调节作用，能够有助于协调和解决可磨耗性能和抗冲蚀性能两者之间的矛盾。

基相材料为多种稀土氧化物稳定ZrO₂粉末，如取La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的一种或几种与Y₂O₃共同组成稳定剂稳定的ZrO₂粉末，这种复合稀土氧化物稳定ZrO₂粉末的粒度为20～60nm，该种ZrO₂粉末由多种稀土氧化物稳定的目的是保证基相在≥1000℃条件下的组织高温稳定性和抗热震性能，而纳米晶结构的ZrO₂粉末则可以增加涂层与金属基体的结合强度，提高其抗燃气冲刷性能和磨耗的均匀性。填充材料A(填充材料之一)为热膨胀系数小、软质、层状结构的高温固体润滑剂如h-BN、石墨、硅藻土、膨润土，材料的粒度为60～500nm，可以用来调节涂层的硬度，用来改善≥1000℃条件下涂层与叶片之间的润滑性，减小叶片的磨损性能，提高涂层的可磨耗性能。填充材料B(填充材料之二)为适量的高分子有机物，如聚苯酯、聚酯、芳香聚酯，粒度为6～10μm，可以降低涂层的硬度，在高温下烧失时提高涂层孔隙率，形成微孔细小密布的面层，减少叶片的磨损，提高涂层的抗气流冲蚀性能和抗热震性能。

同时通过研究发现，在复合涂层材料中加入少量的高温钎料(NiCuMnCo、CuNiTi、CoNiCrTi)，钎料中的活性组分渗入基体与涂层的界面，参与界面反应，能够有效的提高涂层与基体的结合强度。因此在涂层与基体结合强度要求较高时，可以加入适量高温钎料加以改善。

本发明的有益效果是：

1.复合涂层材料基相为La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物与Y₂O₃稳定的ZrO₂粉末，它的存在，使得涂层体系的工作温度达到1000℃以上，涂层在≥1000℃的高温下使用性能稳定，基相材料不会发生相变、分解，具有良好的耐高温和热稳定性能。

2.选用粒度为纳米级的稀土氧化物稳定的ZrO₂粉末为原料，使涂层的热导率随着晶粒的减小而降低，纳米粉末的存在使团聚粒的晶粒不容易长大，保持了晶粒的尺寸，并且可以使刮削产物的尺寸保持微米级的，对后涡轮机内附近设备没有危害。纳米粉末具有大的比表面积，对填充材料的包裹更加有效，能够获得更加细腻的组织，同时纳米晶结构增强涂层内聚力，有利于涂层体系整体结合强度的提高，提高了涂层的抗热震、抗气流冲刷性以及磨耗的均匀性。

3.热膨胀系数小、软质、层状结构的高温固体润滑剂(h-BN、石墨、硅藻土、膨润土中的一种)的加入在涂层中形成软相，并且具有自润滑性，不同的加入量可以控制和调节涂层的硬度，使涂层的硬度达到适宜刮削的范围，有效改善≥1000℃条件下涂层与叶片之间的润滑性，减小叶片的磨损性能，提高涂层的可磨耗性能。

4.有机物(聚苯酯、聚酯、芳香聚酯中的一种)的加入作为填充材料，在高温下烧蚀后形成微孔细小密布的面层，并且在烧蚀掉的过程中带走一部分热量，有利于涂层的耐热性能，同时增加了涂层的孔隙率，降低涂层的硬度，减少了叶片的磨损，提高了涂层体系的抗气流冲蚀性能和抗热震性能。

5.在复合涂层材料中加入适量的高温钎料，钎料中的活性组分向基体和涂层材料的界面扩散渗入，参与界面反应，润湿界面，有效的提高涂层与基体的结合强度。

6.制备复合涂层材料粉末时调整料浆的pH值，控制制粉过程，获得中空球状纳米ZrO₂团聚包裹填充微粉的喷涂粉末。

7.原料中所加的粘接剂属低熔点有机物，在后续的等离子喷涂工艺制备涂层过程中，300℃以下就会全部烧掉或挥发掉，不会成为等离子喷涂涂层中的杂质。

8.整个制备工艺流程少，设备简单，工艺参数易于控制，适合于连续化大规模生产。

9.能根据具体的工况要求，适当调整组分的配比，制备出适合于工况条件使用的满意产品。

10.能起到良好的气路封严效果，提高发动机工作效率。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

取粒度为20～60nm的CeO₂+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末3.28kg，粒度为60～500nm的h-BN0.675kg，粒度为6～10μm的聚苯酯0.54kg，再加入0.225kg的粘接剂，经充分混合后，加入3.5kg的蒸馏水搅拌均匀分散悬浮的料浆待用。所述的CeO₂+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末中Y₂O₃的含量为5～7mol％，CeO₂的含量为10～13mol％。所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。利用酸碱度测试仪，通过滴加稀盐酸来控制和调整料浆的pH值，pH值为6～6.5。

用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8MPa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内。雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形微粒，在热风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150～250℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取粒度范围为40～90μm的粉末，得产品(一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料)。

利用压缩空气将硬质磨料(金刚砂)高速喷射1Cr18Ni9Ti不锈钢基体表面，使其粗化。在处理过的基体表面喷涂一层厚0.08～0.12mm的粘接层(CoNiCrAlY₂O₃)，功率为25～30KW，电压：60～70V，电流：300～450A。有粘接层的工件表面喷涂40～90μm的团聚颗粒，涂层厚度达1.5～2.5mm，喷涂用的功率为40～45KW，电压：75～85V，电流：500～550A。

用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，全洛氏硬度计测量涂层的硬度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，用千分尺测定涂层厚度，通过可磨耗试验机对发动机内叶片对封严材料刮削磨损过程进行模拟。以涂层的最大载荷和屈服载荷来综合表征涂层材料的可磨耗性能，涂层的屈服点低、最大载荷点亦低，则涂层的可磨耗性好。以冲击刮削韧性表征涂层的抗冲蚀性能，冲击刮削韧性值大，涂层的抗冲蚀性能好，否则抗冲蚀性能差。结果列于表1。

表1实施例1所制得粉末与涂层的性能

实施例2：

取粒度为20～60nm的Sc₂O₃+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末7.5kg，粒度为60～500nm的h-BN1.5kg，粒度为6～10μm的聚苯酯1.5kg，再加入0.5kg的粘接剂，经充分混合后，加入7.8kg的蒸馏水搅拌均匀分散悬浮的料浆待用。所述的Sc₂O₃+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末中Y₂O₃的含量为5％～7mol％，Sc₂O₃的含量为10％～13mol％。所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。利用酸碱度测试仪，通过滴加稀盐酸来控制和调整料浆的pH值，pH值为6～6.5。

用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8MPa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形微粒，在热风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150～250℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限.随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集.将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取粒度范围为40～90μm粉末得产品(一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料).

用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，全洛氏硬度计测量涂层的硬度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，用千分尺测定涂层厚度，通过可磨耗试验机对发动机内叶片对封严材料刮削磨损过程进行模拟。以涂层的最大载荷和屈服载荷来综合表征涂层材料的可磨耗性能，涂层的屈服点低、最大载荷点亦低，则涂层的可磨耗性好。以冲击刮削韧性表征涂层的抗冲蚀性能，冲击刮削韧性值大，涂层的抗冲蚀性能好，否则抗冲蚀性能差。结果列于表2。

表2实施例2所制得粉末与涂层的性能

实施例3：

取粒度为20～60nm的Sc₂O₃+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末10.5kg，粒度为60～500nm的硅藻土3.0kg，粒度为6～10μm的聚酯1.5kg，再加入0.75kg的粘接剂，经充分混合后，加入12kg的蒸馏水搅拌均匀分散悬浮的料浆待用。所述的Sc₂O₃+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末中Y₂O₃的含量为5～7mol％，Sc₂O₃的含量为10～13mol％。所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。利用酸碱度测试仪，通过滴加稀盐酸来控制和调整料浆的pH值，pH值为6～6.5。

用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8MPa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150～250℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取粒度范围为40～90μm粉末，得产品(一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料)。

利用压缩空气将硬质磨料(金刚砂)高速喷射1Cr18Ni9Ti不锈钢基体表面，使其粗化。在处理过的基体表面喷涂一层厚0.08～0.12mm的粘接层(CoNiCrAlY₂O₃)，功率为25～30KW，电压：60～70V，电流：300～450A.有粘接层的工件表面喷涂40～90μm的团聚颗粒，涂层厚度达1.5～2.5mm，喷涂用的功率为40～45KW，电压：75～85V，电流：500～550A.

用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，全洛氏硬度计测量涂层的硬度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，用千分尺测定涂层厚度，通过可磨耗试验机对发动机内叶片对封严材料刮削磨损过程进行模拟。以涂层的最大载荷和屈服载荷来综合表征涂层材料的可磨耗性能，涂层的屈服点低、最大载荷点亦低，则涂层的可磨耗性好。以冲击刮削韧性表征涂层的抗冲蚀性能，冲击刮削韧性值大，涂层的抗冲蚀性能好，否则抗冲蚀性能差。结果列于表3。

表3实施例3所制得粉末与涂层的性能

实施例4：

取粒度为20～60nm的(La₂O₃、CeO₂)+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末10.5kg，粒度为60～500nm的h-BN 2.25kg，粒度为6～10μm的聚酯2.25kg，再加入0.75kg的粘接剂，经充分混合后，加入11.8kg的蒸馏水搅拌均匀分散悬浮的料浆待用。所述的(La₂O₃、CeO₂)+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末中Y₂O₃的含量为5％～7mol％，(La₂O₃、CeO₂)的含量为10％～13mol％，其中La₂O₃的含量为6～8mol％。所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。利用酸碱度测试仪，通过滴加稀盐酸来控制和调整料浆的pH值，pH值为6～6.5。

采取离心式雾化盘将料浆喷入干燥塔内，雾化盘的转速为18000～21000rpm，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150～250℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取粒度范围为40～90μm粉末，得产品(一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料)。

利用压缩空气将硬质磨料(金刚砂)高速喷射1Cr18Ni9Ti不锈钢基体表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.08～0.12mm的粘接层(CoNiCrAlY₂O₃)，功率为25～30KW，电压：60～70V，电流：300～450A。有粘接层的工件表面喷涂40～90μm的团聚颗粒，涂层厚度达1.5～2.5mm，喷涂用的功率为40～45KW，电压：75～85V，电流：500～550A。

用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，全洛氏硬度计测量涂层的硬度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，用千分尺测定涂层厚度，通过可磨耗试验机对发动机内叶片对封严材料刮削磨损过程进行模拟。以涂层的最大载荷和屈服载荷来综合表征涂层材料的可磨耗性能，涂层的屈服点低、最大载荷点亦低，则涂层的可磨耗性好。以冲击刮削韧性表征涂层的抗冲蚀性能，冲击刮削韧性值大，涂层的抗冲蚀性能好，否则抗冲蚀性能差。结果列于表4。

表4实施例4所制得粉末与涂层的性能

实施例5：

取粒度为20～60nm的Gd₂O₃+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末8.64kg，粒度为60～500nm的硅藻土1.92kg，粒度为6～10μm的芳香聚酯1.44kg，加入0.6kg的粘接剂，再加入粒度为5～10μm的高温钎料CoNiCrTi粉末0.2kg，经充分混合后，加入9.44kg的蒸馏水搅拌均匀分散悬浮的料浆待用。所述的Gd₂O₃+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末中Y₂O₃的含量为5～7mol％，Gd₂O₃的含量为10～13mol％。所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。利用酸碱度测试仪，通过滴加稀盐酸来控制和调整料浆的pH值，pH值为6～6.5。

用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，全洛氏硬度计测量涂层的硬度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，用千分尺测定涂层厚度，通过可磨耗试验机对发动机内叶片对封严材料刮削磨损过程进行模拟。以涂层的最大载荷和屈服载荷来综合表征涂层材料的可磨耗性能，涂层的屈服点低、最大载荷点亦低，则涂层的可磨耗性好。以冲击刮削韧性表征涂层的抗冲蚀性能，冲击刮削韧性值大，涂层的抗冲蚀性能好，否则抗冲蚀性能差。结果列于表5。

表5实施例5所制得粉末与涂层的性能

实施例6：

取粒度为20～60nm的(Nd₂O₃、CeO₂)+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末11.25kg，粒度为60～500nm的膨润土2.4kg，粒度为6～10μm的芳香聚酯1.44kg，加入0.7kg的粘接剂，再加入粒度为5～10μm的高温钎料CoNiCrTi粉末0.25kg，经充分混合后，加入12kg的蒸馏水搅拌均匀分散悬浮的料浆待用.所述的(Nd₂O₃、CeO₂)+Y₂O₃稳定ZrO₂粉末中Y₂O₃的含量为5～7mol％，(Nd₂O₃、CeO₂)的含量为10～13mol％，其中Nd₂O₃的含量为6～8mol％。所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。利用酸碱度测试仪，通过滴加稀盐酸来控制和调整料浆的pH值，pH值为6～6.5。

用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，全洛氏硬度计测量涂层的硬度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，用千分尺测定涂层厚度，通过可磨耗试验机对发动机内叶片对封严材料刮削磨损过程进行模拟。以涂层的最大载荷和屈服载荷来综合表征涂层材料的可磨耗性能，涂层的屈服点低、最大载荷点亦低，则涂层的可磨耗性好。以冲击刮削韧性表征涂层的抗冲蚀性能，冲击刮削韧性值大，涂层的抗冲蚀性能好，否则抗冲蚀性能差。结果列于表6。

表6实施例6所制得粉末与涂层的性能

本发明的基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂、水、高温钎焊料原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，以及基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂、高温钎焊料的各具体原料都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。

Claims

1.一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于它包括基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂和水原料制成，基相材料占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：70％～75％，基相材料的粒度为20nm～60nm；填充材料A占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：14％～20％，填充材料A的粒度为60～500nm；填充材料B占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为：9％～15％，填充材料B的粒度为6μm～10μm；粘接剂的加入量为基相材料、填充材料A和填充材料B重量的2％～5.5％；水的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂重量的70％～78％；

La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物、Y₂O₃和ZrO₂混合，经研磨后于800-1600℃温度下进行固溶稳定化烧结处理，得基相材料；

所述的填充材料A为石墨、硅藻土、膨润土中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，为任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；

所述的填充材料B为聚苯酯、聚酯中的任意一种或任意二种的混合物，为任意二种混合时，混合配比为任意比。

2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于：所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。

3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于：所述的原料中加入高温钎焊料，高温钎焊料的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂重量的1.5～5％，高温钎焊料为NiCuMnCo、CuNiTi或CoNiCrTi。

4.如权利要求1所述的一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)、基相材料的制备：按ZrO₂的含量为82～85mol％，Y₂O₃的含量为5～7mol％，La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物的含量为10～13mol％，选取La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物、Y₂O₃和ZrO₂混合，经研磨后于800-1600℃温度下进行固溶稳定化烧结处理，得基相材料；其中，La₂O₃、CeO₂、Sc₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃中的任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；

先将基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂混合成为混合料，然后在混合料中加入水，调配成料浆.

3)、雾化干燥：将步骤2)所得到的料浆在喷雾干燥塔内雾化干燥，干燥塔温度控制在110～320℃范围内，制成空心团聚粉末；

4)、筛分：将步骤3)所得到的团聚粉末过筛，取40～90μm颗粒得产品。