專利名稱：一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的
制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代發(fā)展的新型的艦載燃機(jī)中，迫切需要大推動(dòng)力、低油耗、高效率的高性能航 空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鈾C(jī)。研制高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)是十分迫切的，其中提高工作效率在航空發(fā)動(dòng) 機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)和制造中是非常關(guān)鍵的，目前較好的密封方式是采用刷式密封提高壓 氣機(jī)的工作效率。由于采用過盈配合，要求與刷絲摩擦的跑道具有與基體結(jié)合強(qiáng)度高、耐高 溫(70(TC以下)、耐腐蝕(海洋環(huán)境腐蝕)、抗磨損、抗沖刷性、高溫自潤滑性等性能。
目前國內(nèi)在航空工業(yè)廣泛使用的耐磨涂層有WC/Co、 CoMoCrSi、 NiCrBSi、 CoCrW、 A1203 Ti02、NiCr_Cr3C2等，在以上涂層材料中，只有A1203 Ti02、 NiCr_Cr3C2兩種涂層可以 滿足70(TC的使用溫度、耐海洋環(huán)境腐蝕和抗磨損的要求。但A1203 Ti02與基體材料的結(jié) 合強(qiáng)度低，無法滿足設(shè)計(jì)要求。NiCr-Cr3C2雖然與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)要求， 但缺乏高溫自潤滑性能。國內(nèi)無定型產(chǎn)品，因此急需研制一種高溫耐磨自潤滑涂層材料，滿 足新型號艦載燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)需要。 目前俄羅斯、美國等國研制出以CaF2、 BaF2等為潤滑相，制備出80(TC以下使用的 耐磨自潤滑性能涂層材料，成功應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)。但其粉末禁止出售，粉體制備工藝和噴 涂工藝處于保密。 粉末噴涂方法主要有等離子噴涂、超音速火焰噴涂(HVOF)、爆炸噴涂等。目前國內(nèi) 外對于NiCr-Cr3C2基粉末噴涂大部分采用HVOF(即超音速火焰噴涂)。主要是其火焰速度 快(2000m/s)、溫度相對較低(300(TC)、在噴涂過程中能有效的抑制碳化物等耐磨相的分 解、減少低熔點(diǎn)氟化物等潤滑相的揮發(fā)，可獲得結(jié)合強(qiáng)度高、致密的涂層。
目前NiCr-Cr^復(fù)合粉末的制備工藝主要有混合法、包覆法兩種?；旌戏ㄊ菍?NiCr合金粉末(或Ni、 Cr元素粉)、Cr3C2粉等各種原始粉末濕磨均勻進(jìn)行制漿，然后噴霧 干燥造粒。采用該法制備NiCr-Cr3C2-BaF乂CaF2團(tuán)聚粉末在成分上均勻，但在粉末噴涂過程 中Cr3C2在高溫下易脫碳分解，BaF2和CaF2熔沸點(diǎn)較低，會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)，導(dǎo)致涂層性能不 一致，很難保證涂層中硬質(zhì)相和潤滑相的均勻分布及一致性，直接影響涂層的耐磨、潤滑性 能及使用壽命。包覆法有團(tuán)聚-燒結(jié)破碎、高壓氫還原、熱擴(kuò)散等方法。團(tuán)聚-燒結(jié)破碎方 法是將混合法或噴霧造粒的混合粉體進(jìn)行燒結(jié)，制備的包覆粉很難包覆完整，對涂層性能 的一致性有影響。高壓氫還原-熱擴(kuò)散工藝，在粉體表面采用高壓氫還原包覆Ni層，然后 Cr擴(kuò)散處理制備出合金包覆完整的復(fù)合粉體，這種包覆粉體在噴涂過程中抑制Cr3C2高溫 下脫碳分解、BaF2和CaF2的揮發(fā)，保持粉末中耐磨相和潤滑相的分布狀態(tài)、含量，有利于涂 層的耐磨、潤滑性能均勻一致性。 綜上所述，采用高壓氫還原_活化熱擴(kuò)散技術(shù)制備NiCr-Cr3C2-BaF2/CaF2包覆型復(fù) 合粉體，然后用HVOF工藝噴涂制備高溫耐磨自潤滑涂層，是一種高性能、較理想的涂層制備工藝。目前，尚沒有關(guān)于高溫耐磨自潤滑涂層粉末材料的研究和專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，其特征在 于，復(fù)合粉體成分相按重量比NiCr-Cr3C2 :67 80%，BaF2/CaF2 :10 23%，Ni :10 23% 組成，制備方法為， (1)將BaF2和CaF2粉體按照重量比為1 : 1 1 : 3的比例混合，在潔凈的石墨 坩鍋內(nèi)熔化，冷卻，成塊狀共晶體，將塊狀共晶體粉碎、球磨制備成1 2ym的粉體；
(2)將BaF2/CaF2共晶粉、鎳粉放入高壓反應(yīng)釜中，高壓氫還原包覆鎳層，高壓反應(yīng) 釜的溫度為180 220°C ，氫氣壓力4 6MPa，包覆鎳層厚度為0. 5 0. 8 y m，將包覆鎳層 的BaF2/CaF2共晶粉與200 400目的NiCr_Cr3C2粉充分混合，并配制成噴霧干燥的漿料；
(3)采用離心式噴霧干燥將均勻穩(wěn)定的漿料進(jìn)行噴霧干燥制粒，進(jìn)口溫度為 330 350°C，出口溫度為170 200°C ，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為9000r/min ;
(4)在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在溫度1150 120(TC下燒結(jié)3 5h，隨爐冷卻得到NiCr/ Ni-Cr3C2-BaF2/CaF2復(fù)合粉體。所述附0-03<:2中Ni、Cr、Cr3C2的重量比為4 :1:5。 本發(fā)明的有益效果為該方法流程簡單、設(shè)備投入小、技術(shù)含量高，制備出的粉體 材料特別適合于超音速火焰噴涂制備高溫耐磨自潤滑涂層。


圖1是實(shí)施例1制備的高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的金相照片；
圖2是實(shí)施例1制備的高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的掃描電鏡照片；
圖3是實(shí)施例1制備的高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的X射線衍射分析圖譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
實(shí)施例1 本發(fā)明的目的是提供一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，其特征在 于，復(fù)合粉體成分相按重量比NiCr-Cr3C2 :75%， BaF2/CaF2 :12. 5%， Ni :12. 5%組成，制備 方法為 (1)將BaF2和CaF2粉體按照重量比為32% : 68%的比例共1. 25kg混合，在潔凈 的石墨坩鍋內(nèi)熔化，冷卻，成塊狀共晶體，將塊狀共晶體粉碎、球磨制備成1 P m的粉體；
(2)將BaF2/CaF2共晶粉與1. 25kg的鎳粉放入高壓反應(yīng)釜中，高壓氫還原包覆 鎳層，高壓反應(yīng)釜的溫度為190°C ，氫氣壓力4MPa，包覆鎳層厚度為0. 5 ii m，將包覆鎳層的 BaF2/CaF2共晶粉與7. 5kg的325目NiCr_Cr3C2粉充分混合，配制成噴霧干燥的漿料，所述 NiCr-Cr3C2中Ni、Cr、Cr3C2的重量比為4 :1:5; (3)采用離心式噴霧干燥將均勻穩(wěn)定的漿料進(jìn)行噴霧干燥制粒，進(jìn)口溫度為 330°C，出口溫度為180。C，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為9000r/min ; (4)在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在溫度1200 °C下燒結(jié)3h，隨爐冷卻得到NiCr/Ni-Cr3C2-BaF2/CaF2復(fù)合粉體。 該復(fù)合粉體中Cr3C2為耐磨相、BaF2/CaF2為潤滑相、NiCr/Ni為金屬粘結(jié)相。
圖1是實(shí)施例1制備的高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的金相照片，由圖1可以 得到粉末的形狀不規(guī)則。 圖2是實(shí)施例1制備的高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的掃描電鏡照片，由圖2 可以看出粉末的表面形貌比較粗糙。 圖3是實(shí)施例1制備的高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的X射線衍射分析圖譜。 可以分析出該粉末材料的成分主要為Ni、Cr。
采用國際檢測方法測定粉末的松裝密度和流動(dòng)性為松裝密度1. 9g/cm3，流動(dòng) 性52. 2s/50g。
實(shí)施例2 本發(fā)明的目的是提供一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，其特征在 于，復(fù)合粉體成分相按重量比NiCr-Cr3C2 :70%， BaF2/CaF2 :12. 5%， Ni :17. 5%組成，制備 方法為 (1)將BaF2和CaF2粉體按照重量比為30% : 70%的比例共1. 25kg混合，在潔凈 的石墨坩鍋內(nèi)熔化，冷卻，成塊狀共晶體，將塊狀共晶體粉碎、球磨制備成1 P m的粉體；
(2)將BaF2/CaF2共晶粉與1. 75kg的鎳粉放入高壓反應(yīng)釜中，高壓氫還原包覆 鎳層，高壓反應(yīng)釜的溫度為200°C ，氫氣壓力5MPa，包覆鎳層厚度為0. 7 y m，將包覆鎳層的 BaF2/CaF2共晶粉與7kg的300目NiCr_Cr3C2粉充分混合，配制成噴霧干燥的漿料，所述 NiCr-Cr3C2中Ni、Cr、Cr3C2的重量比為4 :1:5; (3)采用離心式噴霧干燥將均勻穩(wěn)定的漿料進(jìn)行噴霧干燥制粒，進(jìn)口溫度為 340°C，出口溫度為190。C，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為9000r/min ; (4)在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在溫度1170°C下燒結(jié)3. 5h，隨爐冷卻得到NiCr/ Ni-Cr3C2-BaF2/CaF2復(fù)合粉體。 該復(fù)合粉體中Cr3C2為耐磨相、BaF2/CaF2為潤滑相、NiCr/Ni為金屬粘結(jié)相。
采用國際檢測方法測定粉末的松裝密度和流動(dòng)性為松裝密度2. 0g/cm3，流動(dòng) 性54. 5s/50g。
實(shí)施例3 本發(fā)明的目的是提供一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，其特征在 于，復(fù)合粉體成分相按重量比NiCr-Cr3C2 :72. 5%， BaF2/CaF2 :12. 5%， Ni :15%組成，制備 方法為 (1)將BaF2和CaF2粉體按照重量比為34% : 66%的比例共1. 25kg混合，在潔凈 的石墨坩鍋內(nèi)熔化，冷卻，成塊狀共晶體，將塊狀共晶體粉碎、球磨制備成1 P m的粉體；
(2)將BaF2/CaF2共晶粉與1. 5kg的鎳粉放入高壓反應(yīng)釜中，高壓氫還原包覆鎳 層，高壓反應(yīng)釜的溫度為180°C ，氫氣壓力4. 5MPa，包覆鎳層厚度為0. 6 y m，將包覆鎳層的 BaF2/CaF2共晶粉與7. 25kg的275目NiCr_Cr3C2粉充分混合，配制成噴霧干燥的漿料，所述 NiCr-Cr3C2中Ni、Cr、Cr3C2的重量比為4 :1:5; (3)采用離心式噴霧干燥將均勻穩(wěn)定的漿料進(jìn)行噴霧干燥制粒，進(jìn)口溫度為 350°C，出口溫度為200。C，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為9000r/min ;
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(4)在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在溫度1180 °C下燒結(jié)4h，隨爐冷卻得到NiCr/ Ni-Cr3C2-BaF2/CaF2復(fù)合粉體。 該復(fù)合粉體中Cr3C2為耐磨相、BaF2/CaF2為潤滑相、NiCr/Ni為金屬粘結(jié)相。
采用國際檢測方法測定粉末的松裝密度和流動(dòng)性為松裝密度2. 0g/cm3，流動(dòng) 性50. 7s/50g。
權(quán)利要求
一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于，復(fù)合粉體成分相按重量比NiCr-Cr3C267～80％，BaF2/CaF210～23％，Ni10～23％組成，制備方法為，(1)將BaF2和CaF2粉體按照重量比為1∶1～1∶3的比例混合，在潔凈的石墨坩鍋內(nèi)熔化，冷卻，成塊狀共晶體，將塊狀共晶體粉碎、球磨制備成1～2μm的粉體；(2)將BaF2/CaF2共晶粉、鎳粉放入高壓反應(yīng)釜中，高壓氫還原包覆鎳層，高壓反應(yīng)釜的溫度為180～220℃，氫氣壓力4～6MPa，包覆鎳層厚度為0.5～0.8μm，將包覆鎳層的BaF2/CaF2共晶粉與200～400目NiCr-Cr3C2粉充分混合，并配制成噴霧干燥的漿料；(3)采用離心式噴霧干燥將均勻穩(wěn)定的漿料進(jìn)行噴霧干燥制粒，進(jìn)口溫度為330～350℃，出口溫度為170～200℃，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為9000r/min；(4)在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在溫度1150～1200℃下燒結(jié)3～5h，隨爐冷卻得到NiCr/Ni-Cr3C2-BaF2/CaF2復(fù)合粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，其特征在 于，所述附0-03<:2中Ni、Cr、Cr3C2的重量比為4 :1:5。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域的一種高溫耐磨自潤滑涂層用復(fù)合粉體的制備方法，復(fù)合粉體成分相的重量比NiCr-Cr3C267～80％，BaF2/CaF210～23％，Ni10～23％，制備方法為，將BaF2、CaF2粉體熔融、破碎、球磨至粒徑為1～2μm，高壓氫還原包覆鎳層，與NiCr-Cr3C2充分混合，噴霧干燥造粒、高溫?zé)Y(jié)，最終將粉末制備成NiCr/Ni-Cr3C2-BaF2/CaF2復(fù)合粉體。該方法流程簡單、設(shè)備投入小、技術(shù)含量高，制備出的粉體材料特別適合于超音速火焰噴涂制備高溫耐磨自潤滑涂層。
文檔編號C23C4/04GK101724803SQ200810224310
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者張景懷, 戴赫, 李學(xué)鋒, 楊中元, 林鋒, 汪禮敏, 王林山 申請人:北京有色金屬研究總院;有研粉末新材料(北京)有限公司