專利名稱：一種無機懸浮液涂料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于新材料領域，涉及一種無機懸浮液涂料的制備方法，具體的說是一種液相涂覆用可磨耗封嚴涂料的制備方法。
背景技術：
隨著航空工業(yè)的迅速發(fā)展，對航空發(fā)動機性能提出了越來越高的要求。大推力、高效率、低油耗已成為航空發(fā)動機設計和制造的總體目標。在航空發(fā)動機和燃氣機的設計和制造過程中，采取間隙控制措施可以提高機器的工作效率。據(jù)資料報道，在一臺高壓渦輪機內(nèi)，間隙每減小0. 13 0. 25mm,油耗可減少0. 5 1. 0%，發(fā)動機效率可提高2%左右。航空發(fā)動機設計和制造時在靜子與轉(zhuǎn)子之間需要采用封嚴措施將間隙減小到最低限度，而實際上無法使轉(zhuǎn)子與靜子部件之間間隙控制為零，這是因為發(fā)動機組件的熱膨脹系數(shù)及軸的熱變形；轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時離心力引起的葉片伸長；零件加工的公差及發(fā)動機裝配的偏差；發(fā)動機加速、減速、和飛機著陸引起的振動及零部件因振動引起的位移等。通常采用的方法是在機匣表面噴涂可磨耗涂層，當機器運轉(zhuǎn)時，可磨耗涂層被磨掉，從而保證了轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙最小，有效提高了工作效率?？赡ズ姆鈬劳繉佑捎谄渖a(chǎn)工藝簡單、維護和調(diào)整性能簡易、封嚴效果好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點得到廣泛應用。傳統(tǒng)封嚴涂層的制備采用火焰、等離子噴涂等熱噴涂的方式，將粉末、棒或絲等固體材料加熱到融化或半融化狀態(tài)噴射到基材表面，會對基材產(chǎn)生一定的熱影響，損害基材的力學性能。而采用液相涂覆的方式，與熱噴涂相比，可以避免對基體的熱影響，并且涂層的制備和維修成本較低，可以應用于低溫和超低溫封嚴涂層的制備。這對提高航空發(fā)動機氣路封嚴效率、降低油耗、延長飛行時間、提高整機性能意義重大，同時為制備發(fā)動機封嚴體系開辟了熱噴涂以外的另一條道路，具有廣闊的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的熱噴涂制備封嚴涂層過程中，會對基材產(chǎn)生熱影響且工藝相對復雜等問題，提供一種成本較低、維護和調(diào)整簡易、噴涂過程對基材無熱影響的液相涂覆用無機懸浮液涂料的制備方法。本發(fā)明提供新型無機懸浮液涂料的制備方法優(yōu)點在于制備方法的創(chuàng)新，使涂料的保質(zhì)期延長至6個月，大大提高的涂料的使用壽命，一般的封嚴涂料保存期僅為半個月；復合粉體的優(yōu)化選擇，使涂層粘稠度適宜，使得后期制備的涂層封嚴效果好；而且本方法操作簡便，適于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，具有廣闊的應用前景。本發(fā)明的技術方案為一種新型無機懸浮液涂料的制備方法，包含以下步驟
(1)在一定質(zhì)量濃度的磷酸二氫鋁溶液中加入一定量的Cro3，均勻攪拌待CrO3完全溶解后，得到流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液；
(2)將懸浮液涂料固相所需的各組分粉末按一定比例均勻混合后，得到金屬陶瓷復合粉體；
(3)將上述步驟(1)和(2)中得到的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體通過機械混合制成無機懸浮液涂料。 步驟(1)中一定質(zhì)量濃度的磷酸二氫鋁溶液中加入一定量的CrO3均勻攪拌后，得到流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液為棕紅色透明溶液，流動性良好，室溫下比重為1. 25 1. 45g/cm3，溶液中Al (H2PO4)3濃度為30% 60%, CrO3的含量為60 80g/ L0步驟(2)中制備金屬陶瓷復合粉體所需的各組分粉末以及相應的重量百分比為 鋁化鈦粉5% 20%，二氧化硅粉5% 40%，氮化硼5% 25%，鋁粉為余量。其中金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m，二氧化硅粉10 200 μ m，氮化硼 10 200μπι，鋁粉10 200μπι。制備金屬陶瓷復合粉體所需的各組分粉末混合方式為 在烘箱中將鋁化鈦粉、二氧化硅粉、氮化硼、鋁粉在80 100°C下烘2 5小時后，按實驗需求準確稱量各組分粉末，將混合后的粉體倒入球磨罐中，加入一定量的乙醇做溶劑，采用球料質(zhì)量比1 3 1投入直徑為Φ 4. 5mm Φ IOmm的氧化鋯球磨介質(zhì)；球磨設備為滾動式球磨機；球磨時間為1 5小時，球磨結(jié)束，靜置溶液，去除上層清液，將沉淀物取出，置于真空干燥箱中干燥完全后，得到混合均勻的金屬陶瓷復合粉體。步驟(3)中采用機械攪拌裝置對鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體進行溶解調(diào)制，時間為10 lOOmin。所添加的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液質(zhì)量占混合后涂料總質(zhì)量的35 65%。本發(fā)明的有益效果是用液相涂覆低溫燒結(jié)的方式制備可磨耗封嚴涂層彌補傳統(tǒng)的熱噴涂法，避免了基材受熱導致的性能惡化等問題，有效提高了航空發(fā)動機氣路封嚴的效率，節(jié)能降耗、經(jīng)濟高效、適于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。具有廣泛的應用前景，能夠創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟效益。
具體實施例方式下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施方式
一
(1)取質(zhì)量濃度為30%的磷酸二氫鋁溶液950mL，混入60gCrO3充分攪拌均勻，待CrO3 完全溶解后，得到流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液為棕紅色透明溶液。此時經(jīng)測量，粘結(jié)劑水溶液比重為1. 29g/cm3，溶液中CrO3的含量為60g/L ；
(2)稱取懸浮液涂料固相所需的各組分粉末鋁化鈦粉為193.5g、二氧化硅粉為 322. 5g、、氮化硼為129g、鋁粉為645g。其中金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m，二氧化硅粉10 200 μ m，氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。將稱好的各組分粉末放入干燥箱中100°C下烘3小時后，取出倒入球磨罐中，按1:1的比例加入乙醇做溶劑，采用球料比3:1投入直徑為Φ4. 5mm的氧化鋯球磨介質(zhì)；球磨設備為滾動式球磨機；球磨時間為2小時，球磨結(jié)束后，靜置溶液，去除上層清液，將沉淀物取出，置于真空干燥箱中干燥完全后取出，得到混合均勻的金屬陶瓷復合粉體；
(3)將上述步驟(1)和(2)中得到的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體采用機械攪拌裝置進行溶解調(diào)制，時間為20min。其中鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液質(zhì)量占混合后涂料總質(zhì)量的50%?；旌虾蟮耐苛响o置10小時后便可進行部件表面的涂覆和后期熱處理。
具體實施方式
二(1)取質(zhì)量濃度為40%的磷酸二氫鋁870mL，混入70gCrO3充分攪拌均勻，待CrO3完全溶解后，得到流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液為棕紅色透明溶液。此時經(jīng)測量，粘結(jié)劑水溶液比重為1. 34g/cm3，溶液中CrO3的含量為76g/L ；
(2)稱取懸浮液涂料固相所需的各組分粉末鋁化鈦粉為130.5g、二氧化硅粉為 216. Sg、氮化硼為86. 7g、鋁粉為433. 5g。其中金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m，二氧化硅粉10 200 μ m，氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。 將稱好的各組分粉末放入干燥箱中100°C下烘3小時后，取出倒入球磨罐中，按1:1的比例加入乙醇做溶劑，采用球料比2:1投入直徑為Φ6πιπι的氧化鋯球磨介質(zhì)；球磨設備為滾動式球磨機；球磨時間為2小時，球磨結(jié)束后，靜置溶液，去除上層清液，將沉淀物取出，置于真空干燥箱中干燥完全后取出，得到混合均勻的金屬陶瓷復合粉體；
(3)將上述步驟(1)和(2)中得到的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體采用機械攪拌裝置進行溶解調(diào)制，時間為20min。其中鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液質(zhì)量占混合后涂料總質(zhì)量的60%?；旌虾蟮耐苛响o置10小時后便可進行部件表面的涂覆和后期熱處理。
具體實施方式
三
(1)取質(zhì)量濃度為30%的磷酸二氫鋁900mL，混入75gCrO3充分攪拌均勻，待CrO3完全溶解后，得到流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液為棕紅色透明溶液。此時經(jīng)測量，粘結(jié)劑水溶液比重為1. 33g/cm3，溶液中CrO3的含量為78g/L ；
(2)稱取懸浮液涂料固相所需的各組分粉末鋁化鈦粉為133g、二氧化硅粉為266g、 氮化硼為133g、鋁粉為665g。其中金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m，二氧化硅粉10 200 μ m，氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。將稱好的各組分粉末放入干燥箱中100°C下烘3小時后，取出倒入球磨罐中，按1:1的比例加入乙醇做溶劑，采用球料比3:1投入直徑為Φ4. 5mm的氧化鋯球磨介質(zhì)；球磨設備為滾動式球磨機； 球磨時間為2小時，球磨結(jié)束后，靜置溶液，去除上層清液，將沉淀物取出，置于真空干燥箱中干燥完全后取出，得到混合均勻的金屬陶瓷復合粉體；
(3)將上述步驟(1)和(2)中得到的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體采用機械攪拌裝置進行溶解調(diào)制，時間為20min。其中鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液質(zhì)量占混合后涂料總質(zhì)量的50%?；旌虾蟮耐苛响o置10小時后便可進行部件表面的涂覆和后期熱處理。
權利要求
1.一種無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于包含以下步驟(1)在一定質(zhì)量濃度的磷酸二氫鋁溶液中加入一定量的Cro3，均勻攪拌待CrO3完全溶解后，得到流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液，其中Al (H2PO4)3溶液濃度為 30% 60%，CrO3 的含量為 60 80g/L ；(2)將懸浮液涂料固相所需的各組分粉末按一定比例均勻混合后，得到金屬陶瓷復合粉體，所需的各組分粉末以及相應的重量百分比為鋁化鈦粉5% 20%，二氧化硅粉 5% 40%，氮化硼5% 25%，鋁粉為余量；(3)將上述步驟(1)和(2)中得到的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體通過機械攪拌的方式均勻混合制成無機懸浮液涂料，其中鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液質(zhì)量占混合后涂料總質(zhì)量的35 65%。
2.根據(jù)權利要求1所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的一定質(zhì)量濃度的磷酸二氫鋁溶液和CrO3均勻攪拌后，得到的流動性與粘稠度適宜的鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑水溶液為棕紅色透明溶液，流動性良好，室溫下溶液比重為1. 25 1. 45g/cm3。
3.根據(jù)權利要求1所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑為鋁化鈦粉10 200 μ m，二氧化硅10 200 μ m，氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中制備金屬陶瓷復合粉體所需的各組分粉末混合方式為在烘箱中分別將鋁化鈦粉、 二氧化硅粉、氮化硼、鋁粉在80 100°C下烘2 5小時，按實驗需求分別準確稱取各組分粉末，將混合后的粉體倒入球磨罐中，加入一定量的乙醇做溶劑，采用球料質(zhì)量比1 3:1 投入直徑為Φ4. 5mm Φ IOmm的氧化鋯球磨介質(zhì)；球磨設備為滾動式球磨機；球磨時間為 1 5小時，球磨結(jié)束，靜置溶液，去除上層清液，將沉淀物取出，置于真空干燥箱中干燥完全后，得到混合均勻的金屬陶瓷復合粉體。
5.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中采用機械攪拌裝置對鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液和金屬陶瓷復合粉體進行溶解調(diào)制，時間為10 IOOmin。
6.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，質(zhì)量濃度30%的磷酸二氫鋁溶液為950mL，CrO3為60g，鋁化鈦粉為193. 5g、二氧化硅粉為 322. 5g、、氮化硼為129g、鋁粉為645g。
7.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，質(zhì)量濃度40%的磷酸二氫鋁溶液為870mL，CrO3為70g，鋁化鈦粉為130. 5g、二氧化硅粉為 216. 8g、氮化硼為86. 7g、鋁粉為433. 5g。
8.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，質(zhì)量濃度30%的磷酸二氫鋁溶液為900mL，Cr03為75g，鋁化鈦粉為133g、二氧化硅粉為266g、氮化硼為133g、鋁粉為665g。
9.根據(jù)權利要求6中所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m, 二氧化硅粉10 200 μ m,氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。
10.根據(jù)權利要求7中所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m, 二氧化硅粉10 200 μ m,氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。
11.根據(jù)權利要求8中所述的無機懸浮液涂料的制備方法，其特征在于，金屬陶瓷復合粉末組分的粒徑分布為鋁化鈦粉10 200 μ m, 二氧化硅粉10 200 μ m,氮化硼10 200 μ m，鋁粉10 200 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無機懸浮液涂料的制備方法。它由磷酸鹽粘結(jié)劑和金屬陶瓷復合粉體兩部分混合制成。磷酸鹽粘結(jié)劑由以下組分(比重)構成Al(H2PO4)3濃度30%～60%，CrO3:60～80g/L；復合粉體由以下組分(質(zhì)量百分比)構成Ti:1%～25%，Si:1%～15%,BN:5%～25%,Al為余量。本發(fā)明包括以下步驟首先配制鋁鉻磷酸鹽粘結(jié)劑溶液，而后制備金屬陶瓷復合粉體，最后將上述磷酸鹽粘結(jié)劑和金屬陶瓷復合粉體通過機械攪拌的方式均勻混合制成無機懸浮液涂料。本發(fā)明制備的涂層具有成本低、維護和調(diào)整簡易、噴涂過程對基材無熱影響、封嚴效果好等特性，滿足在各類航空發(fā)動機零部件的低溫封嚴需求，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C04B28/34GK102219472SQ20111007777
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者任先京, 冀國娟, 劉海飛, 張鑫, 彭浩然, 黃新春 申請人:北京礦冶研究總院