RU2342222C2 - Порошкообразный материал для истираемых покрытий и истираемое покрытие - Google Patents
Порошкообразный материал для истираемых покрытий и истираемое покрытие Download PDFInfo
- Publication number
- RU2342222C2 RU2342222C2 RU2003135594/02A RU2003135594A RU2342222C2 RU 2342222 C2 RU2342222 C2 RU 2342222C2 RU 2003135594/02 A RU2003135594/02 A RU 2003135594/02A RU 2003135594 A RU2003135594 A RU 2003135594A RU 2342222 C2 RU2342222 C2 RU 2342222C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- material according
- content
- coating
- metal powder
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 14
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 7
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 11
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 9
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 3
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 3
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 3
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 3
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 8
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 3
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 241001136782 Alca Species 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0094—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with organic materials as the main non-metallic constituent, e.g. resin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/25—Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
- Y10T428/251—Mica
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошкообразных материалов, предназначенных для изготовления истираемых герметичных уплотнений, и может быть использовано в турбомашинах. Порошкообразный материал выполнен из сплава на основе алюминия, содержащего марганец или кальций в количестве от 5 мас.% до 20 мас.%. Из порошкообразного материала выполнено истираемое покрытие. Получен материал для образования истираемого покрытия для уплотнений, сохраняющий удовлетворительное состояние при температурах до 550°С. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 табл.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области порошкообразных материалов, предназначенных для изготовления истираемых герметичных уплотнений. В частности, оно может применяться в турбомашинах.
Уровень техники
Материалы, способные к истиранию, находят в настоящее время разнообразное применение; в частности, они используются в герметичных уплотнениях. Истираемые уплотнения используются, например, во вращающихся частях турбомашин, например в компрессорах, с целью уменьшения газовых или воздушных утечек, которые могут сказаться на производительности турбомашины.
Компрессор турбомашины состоит из множества лопаток, закрепленных на валу, установленном в неподвижном кольце. В процессе работы вал и лопатки вращаются внутри кольца компрессора.
Для обеспечения эффективной работы турбомашины необходимо по возможности сократить утечки воздуха и газов в компрессорных секциях машины. Такое сокращение утечек достигается минимизацией зазоров, имеющихся, во-первых, между концами лопаток и внутренней поверхностью кольца компрессора и, во-вторых, между междисковыми обечайками и внешней поверхностью спрямляющего аппарата. В то же время термическое и центробежное расширение лопаток компрессора затрудняет получение малых зазоров между концами лопаток и внутренней поверхностью кольца компрессора.
В этих условиях внутренняя поверхность кольца компрессора обычно покрывается слоем истираемого материала, а вал компрессора устанавливается в кольце компрессора таким образом, чтобы концы лопаток оказались как можно ближе к истираемому покрытию. Функция такого истираемого покрытия сводится, таким образом, к образованию уплотнения между подвижными и неподвижными частями компрессора турбомашины.
При контакте подвижных и неподвижных частей компрессора уплотнение из истираемого материала позволяет получить уменьшенный зазор без значительного повреждения вступающих в контакт деталей ротора. Нежелательный взаимный контакт между подвижными и неподвижными частями компрессоров происходит в основном из-за различного расширения подвижных и неподвижных частей компрессоров при работе компрессоров в переходном режиме. Явления пластичности лопаток, дисбаланса и вибрации также могут приводить к такому нежелательному контакту.
В случае такого нежелательного контакта уплотнение должно отвечать следующим требованиям:
- концы лопаток не должны подвергаться чрезмерному износу. Более того, хотя незначительный износ и может быть допущен, предпочтительно, чтобы при таком контакте повреждению подвергалось уплотнение;
- контакт между концами лопаток и уплотнением не должен приводить к нагреву лопаток; в противном случае, в частности, при использовании лопаток из титановых сплавов такой нагрев может привести к возгоранию;
- уплотнения должны быть устойчивы к эрозии, вызываемой газовым потоком, циркулирующим внутри компрессора;
- уплотнения должны также сохранять способность к истиранию в окисляющей и коррозионной среде. Повышение температуры внутри компрессора способствует окислению, а газообразные продукты сгорания, используемые в турбомашинах, и внешний воздух вызывают коррозию;
- при износе уплотнений их остатки не должны забивать отверстия, предназначенные для охлаждения компрессоров;
- наконец, истираемые материалы, образующие уплотнения, должны быть устойчивы к высоким температурам и не подвержены таким изменениям, как затвердевание, растрескивание или расслаивание, которые могли бы снизить их способность к истиранию. Истираемый материал должен выдерживать различные циклы работы турбомашины, не теряя своих свойств.
Были предложены различные порошкообразные материалы, предназначенные для образования истираемых уплотнений. Эти материалы можно разделить на две основные категории: материалы, содержащие металлические порошки на кремниевой основе (например, материал, содержащий сплав AlSi и органический порошок), и материалы, содержащие металлические порошки на основе хрома и никеля (например, материал, содержащий сплав NiCrAl и керамический, органический или глиняный порошок). Каждая из этих категорий истираемых материалов характеризуется определенными недостатками.
Материалы на кремниевой основе обладают, в сущности, удовлетворительными характеристиками истираемости и эрозионной стойкости, но имеют лишь ограниченное применение при высоких температурах. Известен, например, порошковый материал, описанный в патенте США № 5434210. Использование этого материала возможно при температурах примерно до 400°С. При превышении этой температуры металлическая матрица этого материала сжимается и уплотняется, что может привести к износу концов взаимодействующих с ним лопаток.
Материалы на основе хрома и никеля относительно стабильны и устойчивы к высоким температурам, но не обладают достаточной способностью к истиранию и сопротивляемостью эрозии, особенно если они применяются в сочетании с лопатками компрессоров, изготовленными из титановых сплавов без покрытия. Например, сплав NiCrAl, имеющий хорошие температурные характеристики, отличается относительно высокой жесткостью и вызывает чрезмерный износ лопаток.
Для разрешения названных трудностей на концы лопаток может быть нанесено защитное покрытие. Использование такого покрытия оказывается, однако, чрезвычайно дорогостоящим.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание порошкообразного материала, предназначенного для образования истираемого покрытия для уплотнений, отвечающего перечисленным выше требованиям.
Другой задачей, решаемой изобретением, является создание истираемого покрытия, сохраняющего удовлетворительное состояние при использовании при температурах, доходящих до 550°С.
Еще одной задачей является создание истираемого уплотнения, пригодного к использованию с лопатками или с их уплотнительными элементами из титановых сплавов без нанесения на их концы защитного покрытия.
Для решения поставленной задачи предлагается порошкообразный материал, предназначенный для создания истираемых покрытий и характеризующийся тем, что содержит металлический порошок, преимущественно на основе алюминия, а также кальций или марганец.
Этот новый порошкообразный материал обладает лучшими термическими характеристиками, нежели материалы, используемые в настоящее время для образования истираемых покрытий. Заявителем было обнаружено, что температура эвтектического плато сплава AlMn или AlCa значительно выше аналогичного значения, например, для сплава AlSi, что позволяет достигать температур порядка 550°С без трансформации или разрушения материала.
Предпочтительно к материалу добавляется органический порошок, увеличивающий пористость получаемого покрытия, облегчающий истирание при контакте подвижных и неподвижных частей и обеспечивающий возможность повышения температуры покрытия.
Кроме того, добавление твердой смазки из керамического порошка позволяет получить дополнительное преимущество достаточного разделения слоев для предотвращения нагревания лопаток при контакте подвижных и неподвижных частей. Полученный порошкообразный материал отвечает, таким образом, требованиям, перечисленным выше. Он хорошо подходит для образования истираемого покрытия, в частности, для создания уплотнений компрессоров турбомашин.
Предпочтительно керамический порошок содержит один из следующих компонентов: нитрид бора, дисульфид молибдена, графит, тальк, бентонит и слюду, а органический порошок содержит один из следующих компонентов: сложный полиэфир, полиметилметакрилат и полиимид.
В предпочтительном варианте содержание металлического порошка составляет от 65 мас.% до 95 мас.%, керамического порошка - от 3 мас.% до 20 мас.%, а органического порошка - от 5 мас.% до 20 мас.% материала.
Металлический порошок может также содержать один или несколько из следующих дополнительных элементов: хром, молибден, никель, кремний и железо. Содержание марганца или кальция в металлическом порошке составляет предпочтительно от 5 мас.% до 20 мас.%, а содержание дополнительных элементов не превышает 10 масс.% металлического порошка.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения металлический порошок изготавливается из сплава AlMn5, керамический порошок - из гексагонального нитрида бора, а органический порошок - из сложного полиэфира.
Осуществление изобретения
Порошкообразный материал по изобретению предназначен для образования истираемого материала, например покрытия для уплотнений компрессоров или колец турбин.
Порошкообразный материал состоит в основном из металлического порошка, соответствующего сплаву преимущественно на основе алюминия.
Вторым основным металлическим элементом этого сплава может быть марганец или кальций, содержание которого может составлять от 5 мас.% до 20 мас.% металлического порошка.
Металлический порошок (типа AlMn или AlCa) может, кроме того, содержать один или несколько из следующих дополнительных металлических элементов: хром, молибден, никель, кремний и железо. Содержание каждого из этих дополнительных элементов по отдельности не превышает 5 мас.% металлического порошка, а суммарное содержание этих дополнительных элементов не превышает 10 мас.%.
В предпочтительном варианте порошкообразный материал содержит также органический порошок, содержащий один или несколько из следующих компонентов: сложный полиэфир, полиметилметакрилат и полиимид. Этот порошкообразный материал может также содержать любой другой материал типа полимера, например полиэтилен, поливинилацетат или полиарамид.
Кроме того, к материалу в оптимальном варианте может быть добавлен керамический порошок. Он состоит из одного или нескольких следующих компонентов из группы твердых керамических смазок: нитрид бора, дисульфид молибдена, графит, тальк, бентонит, слюда. Этот порошкообразный материал может также быть составлен из других слоистых материалов на основе силикатов, как, например, каолина и других глин.
Подготовленные таким образом металлический, органический и смазочный порошки смешиваются, предпочтительно, в следующей пропорции: содержание металлического порошка составляет от 65 мас.% до 90 мас.% материала, содержание керамического порошка составляет от 5 мас.% до 20 мас.%, а содержание органического порошка - от 5 мас.% до 15 мас.%.
Смешивание порошков может быть осуществлено механически. Эта процедура заключается в механическом смешивании составляющих и в получении, под воздействием сил сжатия и сдвига в смесителе, агломератов, образованных всеми исходными компонентами.
Смешивание может, однако, быть осуществлено и другими средствами, например прессованием и сушкой или спеканием и измельчением.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения порошкообразный материал состоит из металлического порошка из сплава алюминия и марганца (АlМn5), керамического порошка из гексагонального нитрида бора (hBN) и органического порошка из сложного полиэфира (полиэстера, ПЭ). В оптимальном 5 варианте содержание сплава АlМn5 составляет около 75 мас.% материала, содержание гексагонального нитрида бора составляет около 15 мас.% материала, а содержание сложного полиэфира составляет около 10 мас.% материала.
Полученный таким образом порошкообразный материал наносится методом термического напыления при помощи известных технологий (например, плазменного или пламенного напыления) для образования истираемого покрытия.
В оптимальном варианте истираемое покрытие может быть подвергнуто термической сублимации для создания в материале полостей и увеличения степени его пористости. Такая сублимация служит для удаления органического порошка в целях проведения испытаний в условиях эксплуатации, близких к реальным, в которых устранение органических компонентов неизбежно.
Эксперимент
Порошкообразная смесь, предназначенная для термического нанесения, была приготовлена путем механического смешивания 75 мас.% порошка АlМn5, 10 мас.% ПЭ и 15 масс.% hBN. Подложка на основе никеля была покрыта слоем NiAl5. Полученный таким образом порошкообразный материал был нанесен на эту подложку плазменным напылением. Параметры напыления, использованные в настоящих испытаниях, приведены в следующей таблице:
| Газ плазмы | Аргон | Водород |
| Расход (л/мин.) | 50-70 | 2,5-5 |
| Давление (кПа) | 100-150 | 120-170 |
| Сила тока (А) | 500 | |
| Напряжение (В) | 31 | |
| Расстояние нанесения | 130 мм | |
Использованный для нанесения инжектор обладал следующими характеристиками:
| Диаметр сопла | 6 мм |
| Размер инжектора | 2 мм |
| Угол инжектора | 90° |
| Скорость перемещения материала | 1600 мм/с |
| Шаг сканирования | 5,5 мм |
Покрытие, полученное в результате напыления, представляет собой истираемое покрытие средней толщиной около 3 мм. Твердость покрытия была измерена при помощи шкалы R15Y по Роквеллу, определяющей твердость покрытия. В настоящем случае измеренное значение по шкале R15Y для испытываемого покрытия составило в среднем около 70.
Образец подложки с нанесенным покрытием был затем подвергнут сублимации при температуре 500°С в течение четырех часов. По окончании этой сублимации значение по шкале R15Y для покрытия составило в среднем около 60.
Покрытие было испытано на истирание на специальном стенде с использованием лопаток из титанового сплава без покрытия. Износостойкость этого герметичного уплотнения измерялась при следующих условиях:
| Температура испытаний | Окружающая температура |
| Количество лопаток | 3 |
| Толщина лопаток | 0,8 мм |
| Скорость крайних точек лопаток | 200 м/с |
| Скорость заглубления лопаток | 0,15 мм/с |
| Глубина заглубления | 0,5 мм |
Все проведенные измерения основывались на следующих принципах: приложение усилия по трем осям (заглубление Fp, резание Fco и точение Fch) и измерение износа лопаток. В приведенной ниже таблице I содержатся результаты этих измерений в сравнении с результатами, полученными на известном покрытии, изготовленном из смеси AlSi, органического порошка и гексагонального нитрида бора (таблица II).
| Таблица I | |||||||||||
| Состояние покрытия | Усилие(Н) | Износ лопаток (мм) | |||||||||
| Fp | Fco | Fch | №1 | №2 | №3 | ||||||
| Исходное | 3,2 | 3,2 | 2,9 | +0,01 | +0,03 | +0,01 | |||||
| 250 часов при 500°С | 2,85 | 4 | 2,4 | +0,01 | +0,03 | +0,05 | |||||
| 500 часов при 500°С | 2,6 | 5,6 | 2,5 | 0 | +0,02 | +0,01 | |||||
| 500 часов при 550°С | 3,5 | 3,7 | 4,9 | +0,01 | +0,01 | 0 | |||||
| Таблица II | |||||||||||
| Состояние покрытия | Усилие (Н) | Износ лопаток (мм) | |||||||||
| fp | Fco | Fch | №1 | №2 | №3 | ||||||
| Исходное | 11 | 2,25 | 0,5 | 0 | 0 | -0,01 | |||||
| 250 часов при 500°С | 8,7 | 2,8 | 0,5 | +0,02 | +0,03 | +0,02 | |||||
| 500 часов при 500°С | 4 | 2,8 | 0,5 | +0,02 | 0 | 0 | |||||
Из этих результатов видно, что полученное описанным образом истираемое уплотнение обладает лучшими свойствами сопротивляемости эрозии, чем классическое уплотнение, охарактеризованное в таблице II. Уплотнение по изобретению подвергается износу при контакте с лопатками из металлического, а именно титанового, сплава, не вызывая износа последних. Металлургическая стабильность этого уплотнения позволяет ему работать при температурах до 550°С, в отличие от классического уплотнения, описанного в таблице II, которое не выдерживает столь высоких температур.
Claims (14)
1. Порошкообразный материал, предназначенный для образования истираемого покрытия, отличающийся тем, что он содержит металлический порошок из сплава на основе алюминия, содержащего марганец или кальций, в котором содержание марганца или кальция составляет от 5 до 20 мас.%.
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит органический порошок.
3. Материал по п.2, отличающийся тем, что содержание органического порошка составляет от 5 до 15 мас.% указанного материала.
4. Материал по п.2 или 3, отличающийся тем, что органический порошок содержит один из следующих компонентов: сложный полиэфир, полиметилметакрилат и полиимид.
5. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит керамический порошок.
6. Материал по п.5, отличающийся тем, что содержание указанного керамического порошка составляет от 5 до 20 мас.% материала.
7. Материал по п.5 или 6, отличающийся тем, что керамический порошок содержит один из следующих компонентов: нитрид бора, дисульфид молибдена, графит, тальк, бентонит и слюда.
8. Материал по п.1, отличающийся тем, что металлический порошок содержит один или несколько следующих компонентов: хром, молибден, никель, кремний и железо.
9. Материал по п.8, отличающийся тем, что содержание дополнительного компонента или дополнительных компонентов металлического порошка составляет не более 10 мас.% металлического порошка.
10. Материал по п.1, отличающийся тем, что содержание металлического порошка составляет от 65 до 90 мас.% материала.
11. Материал по п.1, отличающийся тем, что металлический порошок является сплавом АlМn5.
12. Материал по п.11, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гексагональный нитрид бора и сложный полиэфир.
13. Материал по п.12, отличающийся тем, что содержание сплава АlМn5 составляет 75 мас.% материала, содержание гексагонального нитрида бора составляет 15 мас.% материала, а содержание указанного сложного эфира составляет 10 мас.% материала.
14. Истираемое покрытие для образования герметичного уплотнения, отличающееся тем, что получено путем термического напыления порошкообразного материала по любому из пп.1-13.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0215799 | 2002-12-13 | ||
| FR0215799A FR2848575B1 (fr) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | Materiau pulverulent pour joint d'etancheite abradable |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003135594A RU2003135594A (ru) | 2005-05-20 |
| RU2342222C2 true RU2342222C2 (ru) | 2008-12-27 |
Family
ID=32320212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003135594/02A RU2342222C2 (ru) | 2002-12-13 | 2003-12-10 | Порошкообразный материал для истираемых покрытий и истираемое покрытие |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7160352B2 (ru) |
| EP (1) | EP1428600B1 (ru) |
| JP (1) | JP4223935B2 (ru) |
| DE (1) | DE60320925D1 (ru) |
| FR (1) | FR2848575B1 (ru) |
| RU (1) | RU2342222C2 (ru) |
| UA (1) | UA80681C2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2674050C1 (ru) * | 2013-12-20 | 2018-12-04 | Планзее ЗЕ | Материал покрытия |
| RU2695090C2 (ru) * | 2014-11-24 | 2019-07-19 | Сафран Аэро Бустерс Са | Истираемый состав и уплотнение кожуха компрессора осевой турбомашины |
| RU2725893C2 (ru) * | 2014-07-21 | 2020-07-07 | Нуово Пиньоне СРЛ | Способ изготовления машинных компонентов с помощью аддитивного производства |
| RU2791541C1 (ru) * | 2022-06-27 | 2023-03-09 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Истираемое уплотнительное покрытие (рабочая температура до 800οС) |
| US11795830B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-10-24 | Hardide Plc | Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0705696D0 (en) * | 2007-03-24 | 2007-05-02 | Rolls Royce Plc | A method of repairing a damaged abradable coating |
| US7998604B2 (en) | 2007-11-28 | 2011-08-16 | United Technologies Corporation | Article having composite layer |
| US8172519B2 (en) * | 2009-05-06 | 2012-05-08 | General Electric Company | Abradable seals |
| IT1396362B1 (it) * | 2009-10-30 | 2012-11-19 | Nuovo Pignone Spa | Macchina con righe in rilievo che possono essere abrase e metodo. |
| WO2011058637A1 (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-19 | オーエスジー株式会社 | 硬質被膜、および硬質被膜被覆工具 |
| US8562290B2 (en) | 2010-04-01 | 2013-10-22 | United Technologies Corporation | Blade outer air seal with improved efficiency |
| BE1025469B1 (fr) * | 2017-08-14 | 2019-03-18 | Safran Aero Boosters S.A. | Composition de joint abradable pour compresseur de turbomachine |
| US11674210B2 (en) * | 2020-08-31 | 2023-06-13 | Metal Improvement Company, Llc | Method for making high lubricity abradable material and abradable coating |
| CN113584361B (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种高强度耐腐蚀的7系铝合金及其铸造方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB604457A (en) * | 1945-07-05 | 1948-07-05 | Charles Fletcher Lumb | Production of heat resistant coatings of metal on another metal |
| US3077659A (en) * | 1958-12-24 | 1963-02-19 | Gen Motors Corp | Coated aluminum cylinder wall and a method of making |
| US3147087A (en) * | 1959-02-19 | 1964-09-01 | Gen Electric | Controlled density heterogeneous material and article |
| USRE26223E (en) * | 1960-06-09 | 1967-06-20 | Base materials coated with an alloy of aujmtnum and manganese | |
| GB1077256A (en) * | 1966-03-21 | 1967-07-26 | Metco Inc | Improvements relating to flame spraying |
| FR2529909B1 (fr) * | 1982-07-06 | 1986-12-12 | Centre Nat Rech Scient | Alliages amorphes ou microcristallins a base d'aluminium |
| US4606967A (en) * | 1983-10-19 | 1986-08-19 | Sermatech International Inc. | Spherical aluminum particles in coatings |
| US5049450A (en) * | 1990-05-10 | 1991-09-17 | The Perkin-Elmer Corporation | Aluminum and boron nitride thermal spray powder |
| JPH083121B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1996-01-17 | 健 増本 | 塗料用アルミニウム合金粉末 |
| US5196471A (en) * | 1990-11-19 | 1993-03-23 | Sulzer Plasma Technik, Inc. | Thermal spray powders for abradable coatings, abradable coatings containing solid lubricants and methods of fabricating abradable coatings |
| EP0489427A1 (en) * | 1990-12-05 | 1992-06-10 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Surface-coated aluminum material |
| JPH0525655A (ja) * | 1991-07-15 | 1993-02-02 | Komatsu Ltd | アルミニウム系母材の表面硬化方法および表面硬化アルミニウム系部材 |
| DE19601793B4 (de) * | 1996-01-19 | 2004-11-18 | Audi Ag | Verfahren zum Beschichten von Oberflächen |
| US6089825A (en) * | 1998-12-18 | 2000-07-18 | United Technologies Corporation | Abradable seal having improved properties and method of producing seal |
| US6254700B1 (en) * | 1999-03-16 | 2001-07-03 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Abradable quasicrystalline coating |
| WO2001044533A1 (en) * | 1999-12-15 | 2001-06-21 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Abradable coatings |
-
2002
- 2002-12-13 FR FR0215799A patent/FR2848575B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-11-26 EP EP03292937A patent/EP1428600B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2003-11-26 DE DE60320925T patent/DE60320925D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-05 JP JP2003407376A patent/JP4223935B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-05 US US10/727,603 patent/US7160352B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-10 RU RU2003135594/02A patent/RU2342222C2/ru active
- 2003-12-12 UA UA20031211537A patent/UA80681C2/ru unknown
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2674050C1 (ru) * | 2013-12-20 | 2018-12-04 | Планзее ЗЕ | Материал покрытия |
| US10837088B2 (en) | 2013-12-20 | 2020-11-17 | Plansee Se | Coating material |
| RU2725893C2 (ru) * | 2014-07-21 | 2020-07-07 | Нуово Пиньоне СРЛ | Способ изготовления машинных компонентов с помощью аддитивного производства |
| US11033959B2 (en) | 2014-07-21 | 2021-06-15 | Nuovo Pignone Srl | Method for manufacturing machine components by additive manufacturing |
| RU2695090C2 (ru) * | 2014-11-24 | 2019-07-19 | Сафран Аэро Бустерс Са | Истираемый состав и уплотнение кожуха компрессора осевой турбомашины |
| US11795830B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-10-24 | Hardide Plc | Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components |
| RU2791541C1 (ru) * | 2022-06-27 | 2023-03-09 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Истираемое уплотнительное покрытие (рабочая температура до 800οС) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2848575B1 (fr) | 2007-01-26 |
| RU2003135594A (ru) | 2005-05-20 |
| US7160352B2 (en) | 2007-01-09 |
| EP1428600B1 (fr) | 2008-05-14 |
| FR2848575A1 (fr) | 2004-06-18 |
| JP4223935B2 (ja) | 2009-02-12 |
| UA80681C2 (ru) | 2007-10-25 |
| EP1428600A1 (fr) | 2004-06-16 |
| DE60320925D1 (de) | 2008-06-26 |
| JP2004197225A (ja) | 2004-07-15 |
| US20040112174A1 (en) | 2004-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4149374B2 (ja) | アブレイダブルシールシステム | |
| RU2342222C2 (ru) | Порошкообразный материал для истираемых покрытий и истираемое покрытие | |
| JP4322980B2 (ja) | ガス・タービン・エンジンのシール機構 | |
| JP5128185B2 (ja) | 摩耗性を有するジスプロシア安定化ジルコニア | |
| US7736760B2 (en) | Ceramic abradable material with alumina dopant | |
| JP5124468B2 (ja) | ストロンチウムチタン酸化物及びそれから製造された被削性コーティング | |
| JPH09202957A (ja) | 自己潤滑性複合被膜を形成する複合材粉末及び方法並びに自己潤滑性被膜を有する部品 | |
| AU2002254355A1 (en) | Abradeable seal system | |
| JPH09504340A (ja) | プラズマスプレーにより形成されたガスタービンエンジン用摩耗可能シール | |
| Bolelli et al. | Performance of wear resistant MCrAlY coatings with oxide dispersion strengthening | |
| Khajuria et al. | High-temperature friction and wear studies of Nimonic 80A and Nimonic 90 against Nimonic 75 under dry sliding conditions | |
| US20060105160A1 (en) | Component, method for coating a component, and powder | |
| SE526708C2 (sv) | Sätt att framställa en slipbeständig varmsprutad beläggning för ett glidorgan | |
| Ouyang et al. | Microstructure and tribological properties of low-pressure plasma-sprayed ZrO2–CaF2–Ag2O composite coating at elevated temperature | |
| Malvi et al. | Elevated temperature erosion of abradable seal coating | |
| US20040191488A1 (en) | Component, method for coating a component, and powder | |
| EP1510593A1 (en) | Process for coating a component, component and powder | |
| Boguslaiev et al. | EFFECT OF ALLOYING HEAT-RESISTANT PACKING COATINGS ON THEIR TRI BIOTECHNICAL, PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES. | |
| RU2787192C1 (ru) | Истираемое уплотнительное покрытие (рабочая температура до 450οС) | |
| US11225878B1 (en) | Abradable composite material and method of making the same | |
| JPH0710965B2 (ja) | 間隙調整皮膜層用コーティング材料 | |
| JPH0396601A (ja) | 相対移動装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |