專利名稱：銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法
專利說明銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱噴涂材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航空工業(yè)的日益發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出了越來越高的要求。目前，減小壓氣機(jī)、渦輪機(jī)葉尖與機(jī)匣之間間隙的氣路封嚴(yán)技術(shù)就成為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要方法。據(jù)資料報(bào)道，在一臺(tái)高壓渦輪機(jī)內(nèi)，間隙每減少0.13～0.25mm，油耗就能減少0.5～1.0％，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就能提高2％左右。在發(fā)動(dòng)機(jī)的和運(yùn)行過程中，實(shí)際上無法使間隙控制為零，因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造時(shí)在葉尖與機(jī)匣之間要預(yù)留2～3mm的間隙。過大的間隙必將使氣體大量泄漏，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低，而封嚴(yán)材料將有助于將間隙減小到最低程度(易茂龍等，航空工藝技術(shù)，19983)。封嚴(yán)涂層主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)封嚴(yán)圈、盤(與蜂窩或可刮削涂層配合)，具有動(dòng)態(tài)密封作用，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和效率。
可磨耗涂層大多由一定比例的金屬相和具有自潤滑功能的非金屬相的復(fù)合材料組成。其中金屬相的作用是抗沖蝕、抗氧化，保證涂層自身的強(qiáng)度以及和基體的結(jié)合強(qiáng)度。非金屬相的作用是保證可磨耗性、減摩、抗粘著，這些非金屬大多具有低的硬度、低的剪切強(qiáng)度和低的摩擦系數(shù)。
封嚴(yán)技術(shù)中所使用的復(fù)合粉末依使用溫度不同而多種多樣，可分為中低溫涂層、中溫涂層和高溫涂層。中低溫涂層使用溫度小于400℃，主要可磨耗的有效成分是聚本脂或低硬度合金，如鋁硅/聚本脂(工作溫度小于350℃)，銀銅(工作溫度在400℃以下)。中溫涂層的使用溫度為400～550℃，主要可磨耗的有效成分是石墨或六方氮化硼等，如鎳包石墨(工作溫度在400℃以下)。高溫涂層使用溫度550～700℃，主要的可磨耗成分是硅藻土和膨潤土，如鎳/膨潤土(工作溫度為700℃)。但是現(xiàn)有技術(shù)中的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末制備過程只是簡單的物理機(jī)械混合，在噴涂過程中成分存在比較大的偏差，而且制備的銅鋁/鎳石墨涂層硬度偏高，容易損傷對(duì)磨件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種熱噴涂用銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法，該銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料優(yōu)化了銅鋁與鎳石墨的化學(xué)成分，改善了涂層的硬度。
本發(fā)明為解決上述問題設(shè)計(jì)了一種銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料。它的特征在于所述銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末由以下組分(按重量)組成Ni20～40％，Cu40～60％，Al4～10％，C為余量。
所述復(fù)合粉末中鎳石墨粉末中間料含Ni40～85％，C15～60％。
本發(fā)明還公開了銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入Cu進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入原料總1～5％粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，按比例加入Al繼續(xù)進(jìn)行均勻攪拌，后使粉末干燥，進(jìn)行篩分得到銅鋁合金粉末中間料； (2)將上述銅鋁合金粉末與按比例加入的鎳包石墨粉末中間料，通過機(jī)械混合制得銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末材料。
本發(fā)明還公開了另一種銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入Cu進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入原料總1～5％粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，再按比例加入Al繼續(xù)進(jìn)行均勻攪拌，后使粉末干燥，進(jìn)行篩分得到銅鋁合金粉末中間料； (2)按比例將Ni與C元素與原料總1～5％粘結(jié)劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，制備出鎳石墨粉末中間料，再加入按Ni與C復(fù)合粉末重量1～5％的粒度為1～30μm的鋁粉，充分?jǐn)嚢韬笾苽涑鲦囦X石墨粉末中間料； (3)將上述步驟(1)和(2)得到的銅鋁合金粉末與鎳鋁石墨粉末中間料，通過機(jī)械混合制取銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末材料。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明使用的銅鋁鎳石墨屬于一種中溫封嚴(yán)涂層材料，該粉末具有噴涂加工過程工藝性好，涂層具有合適的硬度、優(yōu)越的結(jié)合強(qiáng)度、封嚴(yán)特性等特點(diǎn)。采用熱噴涂工藝制備的銅鋁鎳石墨涂層具有良好的可磨密封特性，應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部件上可以取得很好的密封效果，此涂層的工作溫度小于550℃。


圖1超細(xì)鋁粉形貌(6000X)； 圖2銅鋁復(fù)合粉末的形貌(200X)； 圖3鎳包石墨粉末顆粒形貌。
以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，主要步驟如下 (1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入Cu進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，再按比例加入Al繼續(xù)進(jìn)行均勻攪拌，后使粉末干燥，進(jìn)行篩分得到銅鋁合金粉末中間料。所述銅、鋁元素可以純金屬也可以合金粉末的方式加入。所述銅鋁復(fù)合粉末中間料采用機(jī)械混合包覆制取或采用霧化法制取。銅鋁復(fù)合粉末的形貌如圖2所示。
(2)按比例將Ni與C元素以鎳石墨復(fù)合粉末的方式加入，與粘結(jié)劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁苽涑鲦囀勰┲虚g料。也可以在Ni與C復(fù)合粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合后，再加入鋁粉，充分?jǐn)嚢韬笾苽涑鲦囀勰┲虚g料，鎳包石墨粉末顆粒形貌如圖3所示。
(3)將上述步驟(1)得到的銅鋁復(fù)合粉末粉末與步驟(2)得到的鎳石墨粉末中間料，或者直接使用外購鎳包石墨復(fù)合粉末，通過機(jī)械混合制取銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末材料。
所述步驟(1)中的粘接劑是聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇等有機(jī)膠，使用時(shí)膠需要與揮發(fā)性的有機(jī)溶劑配合使用，揮發(fā)性的溶劑為丙酮、乙醇、甲基乙基酮、二甲苯等。所述加入的純金屬銅粉為45μm-106μm的微細(xì)粉末；加入的純金屬鋁粉為1μm-30μm微細(xì)粉末，超細(xì)鋁粉形貌如圖1所示。
實(shí)施例1 (1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入11kg銅粉進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入粘結(jié)劑。加入2.5kg粘結(jié)劑(聚氨酯與丙酮按照1∶2比例調(diào)制)，粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，加入850g超細(xì)鋁粉(粒度為1～30μm)，再進(jìn)行均勻攪拌，粉末干燥后進(jìn)行篩分。制備得銅鋁復(fù)合粉。
(2)將銅鋁復(fù)合粉末與7kg鎳包石墨復(fù)合粉末(化學(xué)成分為Ni58.6％，C40.8％)進(jìn)行機(jī)械攪拌混合，制得銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末。
實(shí)施例2 (1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入9kg銅粉進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入2kg粘結(jié)劑(粘結(jié)劑為濃度為10％的聚乙烯醇溶液)。粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，加入1kg超微細(xì)鋁粉(粒度為1.5μm)，再進(jìn)行均勻攪拌，粉末干燥后進(jìn)行篩分。
(2)將約11kg的鎳石墨復(fù)合粉末(Ni80％，C20％)與上述0.5kg粘結(jié)劑進(jìn)行充分混合，然后加入240g的超微細(xì)鋁粉(粒度范圍為1～30μm)，充分?jǐn)嚢瑁勰└稍锖蠛Y分，制備出鋁鎳石墨。
(3)將鋁/鎳石墨與銅鋁復(fù)合粉進(jìn)行充分混合，制備得到銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末。
權(quán)利要求
1.一種銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料，其特征在于所述銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末由以下組分(按重量)組成Ni20～40％，Cu40～60％，Al4～10％，C為余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料，其特征在于所述復(fù)合粉末中鎳石墨粉末中間料含Ni40～85％，C15～60％。
3.一種權(quán)利要求1所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
(1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入Cu進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入原料總重量百分比1～5％粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，按比例加入Al繼續(xù)進(jìn)行均勻攪拌，使粉末干燥，進(jìn)行篩分得到銅鋁合金粉末中間料；
(2)將上述銅鋁合金粉末與按比例加入的鎳包石墨粉末中間料，通過機(jī)械混合制得銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末材料。
4.一種權(quán)利要求1所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
(1)在團(tuán)聚設(shè)備中加入Cu進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入原料總重量百分比1～5％粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與銅粉充分潤濕后，再按比例加入A1繼續(xù)進(jìn)行均勻攪拌，后使粉末干燥，進(jìn)行篩分得到銅鋁合金粉末中間料；
(2)按比例將Ni與C元素與原料總1～5％粘結(jié)劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，制備出鎳石墨粉末中間料，再加入按Ni與C復(fù)合粉末重量1～5％的粒度為1～30μm的鋁粉，充分?jǐn)嚢韬笾苽涑鲦囦X石墨粉末中間料；
(3)將上述步驟(1)和(2)得到的銅鋁合金粉末與鎳鋁石墨粉末中間料，通過機(jī)械混合制取銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的粘接劑由有機(jī)膠和揮發(fā)性有機(jī)溶劑配制；所述有機(jī)膠為聚氨酯、聚氯乙烯或聚乙烯醇中的一種或兩種及兩種以上的混合物，有機(jī)溶劑為丙酮、乙醇、甲基乙基酮或二甲苯中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述銅、鋁元素以純金屬或合金粉末的方式加入。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述銅鋁復(fù)合粉末中間料采用機(jī)械混合包覆制取或采用霧化法制取。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述加入的純金屬銅粉為45μm-106μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述加入的純金屬鋁粉為1μm-30μm微細(xì)粉末。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法。它由以下組分(按重量)組成Ni20～40％，Cu40～60％，Al4～10％，C為余量。本發(fā)明銅鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法包括以下步驟首先制備銅鋁合金粉末中間料，后制備鎳石墨粉末中間料，最后將上述銅鋁合金粉末與鎳包石墨粉末中間料，通過機(jī)械混合制取銅鋁鎳石墨復(fù)合粉末材料。本發(fā)明使用的銅鋁鎳石墨屬于中溫封嚴(yán)涂層材料，該粉末具有噴涂加工過程工藝性好，涂層具有優(yōu)越的結(jié)合強(qiáng)度、封嚴(yán)特性等特點(diǎn)。采用熱噴涂工藝制備的銅鋁鎳石墨涂層具有良好的可磨密封特性，應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部件上可以取得很好的密封效果。
文檔編號(hào)B22F1/00GK101219474SQ200710150860
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者于月光, 曾克里, 許根國, 瑜 康 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院