專利名稱：一種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于刷式密封結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子跑道用涂層及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用
于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天、空間技術(shù)的發(fā)展，以及許多苛刻工況條件已超越了潤滑油或脂的 使用極限，傳統(tǒng)的軟金屬和其它固體潤滑微粉作為減磨覆蓋層，強度低，耐磨性差，也不能 滿足性能的綜合要求。在這種情況下，固體自潤滑復(fù)合材料應(yīng)運而生。這種復(fù)合材料可根 據(jù)工況要求方便地設(shè)計成份組成，一方面具有較高的強度和硬度，能夠提高接觸摩擦副的 耐磨性；另一方面又具有自潤滑的效果，在摩擦副之間形成固體潤滑轉(zhuǎn)移膜，減小摩擦副的 摩擦系數(shù)和穩(wěn)定摩擦功耗，實現(xiàn)無油或少油條件下自潤滑的目的。因此具有優(yōu)異綜合性能 的復(fù)合材料引起了潤滑領(lǐng)域的廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展起來。 熱噴涂技術(shù)能在材料表面快速制備合成非平衡新材料，制備出耐磨減摩合金層， 涂層與基材共同構(gòu)成耐磨減摩的新型材料，在現(xiàn)代化工業(yè)中不斷顯示強大的經(jīng)濟效益，引 起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視。主要開發(fā)出的有火焰噴涂、等離子噴涂、超音速火焰噴涂和爆炸 噴涂等技術(shù)。其中超音速火焰噴涂技術(shù)應(yīng)用較廣泛，其原因在于超音速火焰噴涂流速高，氣 氛可控，可獲得高質(zhì)量的涂層。在超音速火焰噴涂制備的耐磨涂層中常添加的耐磨組分為 NiCr-CrC、WC/Co、 Cr0、 NiCr/Co、 Al203/Ti02和A1203等涂層。 固體潤滑的方式大致可分為三大類固體粉末、固體潤滑涂層和整體潤滑材料。許 多情況下固體粉末和整體材料已很難滿足要求，而有自潤滑性能的涂層顯示出其優(yōu)越性。 自潤滑涂層可以在保證基體材料本身具有優(yōu)異機械性能的基礎(chǔ)上具有自潤滑、耐磨損等特 殊性能，而且利用涂層潤滑可大大節(jié)約原材料和生產(chǎn)時間。應(yīng)用于自潤滑涂層領(lǐng)域的固體 潤滑劑的種類很多有層狀結(jié)構(gòu)的石墨，MoS2， BN等；有質(zhì)地較軟的金屬，如Ag， Pb， In等； 有金屬氧化物、氟化物、磷酸鹽等。 一般來說，在大氣中作用時，具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的固體潤 滑劑一般在低溫時有效；對于氟化物和金屬氧化物則是在高溫下軟化而具有潤滑性。天然 石墨是一種單質(zhì)型層狀固體潤滑劑，從室溫到它的氧化溫度55(TC之前，其摩擦系數(shù)隨溫度 上升而下降。人工合成石墨的使用溫度范圍低于天然石墨，最高溫度到為48(TC。 Pb0在 常溫下摩擦系數(shù)比較大，但在400°C以上顯示出比MoS2還要好的潤滑性。研究表明Pb0在 480-85(TC范圍內(nèi)能夠顯示良好的潤滑性，但由于國際對含鉛材料的限制，Pb0固體潤滑劑 在涂層中的應(yīng)用也受到了限制。CaF2， BaF2， LiF， NaF在強氧化和還原氣氛中很穩(wěn)定，熔點 一般都在815t:以上，在高溫下軟化而具有潤滑性，在實際應(yīng)用中證明CaF2是金屬和陶瓷 在100(TC的高溫中有效的固體潤滑劑。銀本身具有良好的減摩性能和導(dǎo)電性能，其熔點為 960.5t:，從室溫到60(rC的范圍內(nèi)能夠表現(xiàn)出優(yōu)良的自潤滑性能。銀的特性使其在航空航 天領(lǐng)域具有廣泛的用武之地。 作為篦齒密封的替代技術(shù)，刷式密封技術(shù)已經(jīng)在許多先進(jìn)的工業(yè)用燃?xì)廨啓C、航 空發(fā)動機和汽輪機中得到了應(yīng)用，如Siemens Westinghouse的501E燃?xì)廨啓C、空中客車A320發(fā)動機等。作為應(yīng)用于刷式密封結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子跑道表面上的耐磨自潤滑涂層的性能直 接影響發(fā)動機和汽輪機的整體使用性能。因此，目前在工業(yè)用燃?xì)廨啓C、航空發(fā)動機及汽輪 機等領(lǐng)域，急需一種高性能的刷式密封跑道涂層，以提高發(fā)動機或汽輪機的使用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層及其制備方法。
—種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層，其特征在于，該涂層中各組分及其重 量百分比如下Ag :10 20%， Co :9 11%， C :3. 8 6%，余量為W。
—種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，以WC-12Co 粉末和Ag粉為原料，將上述原料采用噴霧造粒工藝制成復(fù)合粉末，篩選出粒度為15 45 ii m的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑 道上制備出耐磨自潤滑涂層，其中，所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的 10 20%。當(dāng)所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的18X時，所得耐磨自 潤滑涂層耐磨自潤滑涂層效果最佳。 本發(fā)明所用的WC-12Co粉末和Ag粉末均為市場上成熟的粉末產(chǎn)品。
本發(fā)明的有益效果為在本發(fā)明中，采用超音速火焰噴涂制備的涂層中，WC作為 硬質(zhì)相均勻地分布于涂層中，提高了涂層的耐磨性能，WC周圍被Co包圍，使涂層具有較好 的抗沖擊和耐磨性能，Ag作為潤滑相均勻的分布于涂層之中，有效地降低了涂層的摩擦系 數(shù)?？傊?，該涂層具有良好的耐磨減摩和沖擊性能，對噴霧造粒后的復(fù)合粉末進(jìn)行篩分處 理，使其適合應(yīng)用于超音速火焰噴涂設(shè)備。采用該種工藝和材料，只需投入較少的資金便能 明顯的提高篦齒密封跑道的表面性能，從而提高發(fā)動機整體的使用性能和使用壽命。
本發(fā)明提供的可用于工業(yè)用燃?xì)廨啓C、航空發(fā)動機及汽輪機等領(lǐng)域刷式密封跑道 表面的強化處理的耐磨自潤滑涂層，具有很好的耐磨減摩性能和良好的結(jié)合性能。采用超 音速火焰噴涂制備的該涂層具有良好的結(jié)合強度，在室溫到60(TC范圍內(nèi)具有良好的耐磨 減摩性能。該涂層的出現(xiàn)可以解決工業(yè)用燃?xì)廨啓C、航空發(fā)動機及汽輪機等領(lǐng)域采用的刷 式密封結(jié)構(gòu)中跑道服役壽命短的問題，從而提高設(shè)備的使用性能。


圖1為實施例3的熱噴涂復(fù)合粉末微觀形貌；
圖2為實施例3制備的涂層表面微觀形貌。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
實施例1 在刷式密封跑道上制備耐磨自潤滑涂層，方法如下以WC-12Co粉末和Ag粉為原
料，所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的10% ，將上述原料采用噴霧造粒
工藝制成復(fù)合粉末，篩選出粒度為15 45 ii m的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂
在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑道上制備出耐磨自潤滑涂層。 上述方法制備的用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層中，各組分及其重量百分比
4如下Ag :9. 8%， Co :10. 8%， C :4. 5%， W :74. 9%。 本實施例制備的耐磨自潤滑涂層與基體的結(jié)合強度大于60MPa，顯微硬度的平均 值HV。.3為847，60(TC時測得涂層的摩擦系數(shù)為0. 7。
實施例2 在刷式密封跑道上制備耐磨自潤滑涂層，方法如下以WC-12Co粉末和Ag粉為原
料，所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的15% ，將上述原料采用噴霧造粒
工藝制成復(fù)合粉末，篩選出粒度為15 45 ii m的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂
在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑道上制備出耐磨自潤滑涂層。 上述方法制備的用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層中，各組分及其重量百分比
如下Ag :15. 3%， Co :10. 2%， C :4. 2%， W :70. 3%。 本實施例制備的耐磨自潤滑涂層與基體的結(jié)合強度大于60MPa，顯微硬度平均值 HV。.3為802，60(TC時測得涂層的摩擦系數(shù)為0. 65。
實施例3 在刷式密封跑道上制備耐磨自潤滑涂層，方法如下以WC-12Co粉末和Ag粉為原
料，所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的18% ，將上述原料采用噴霧造粒
工藝制成復(fù)合粉末，篩選出粒度為15 45 ii m的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂
在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑道上制備出耐磨自潤滑涂層。 上述方法制備的用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層中，各組分及其重量百分比
如下Ag :17. 9%， Co :9. 8%， C :4. 1%， W :68. 2%。 本實施例的熱噴涂復(fù)合粉末微觀形貌如圖1所示，從圖中可以看出，粉末微觀形 貌為球形，表明粉體具有良好的流動性。另外，每個顆粒是由大量的一次顆粒構(gòu)成的二次顆 粒，二次顆粒本身存在大量的孔隙，有利于顆粒充分熔融，提高粉體的沉積效率。制備的涂 層表面微觀形貌如圖2所示，從圖中可以看出，Ag元素均勻地分布于整個涂層之間，能夠起 到潤滑作用。 本實施例制備的耐磨自潤滑涂層與基體的結(jié)合強度大于60MPa，顯微硬度平均值 麗。.3為765，6001:時測得涂層的摩擦系數(shù)為0. 63。根據(jù)刷式密封跑道對表面涂層性能的設(shè) 計要求，該涂層的性能最為接近，故原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的18X
時的復(fù)合粉末制備的耐磨自潤滑涂層是最佳的刷式密封跑道用的涂層。
實施例4 在刷式密封跑道上制備耐磨自潤滑涂層，方法如下以WC-12Co粉末和Ag粉為原
料，所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的20% ，將上述原料采用噴霧造粒
工藝制成復(fù)合粉末，篩選出粒度為15 45 ii m的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂
在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑道上制備出耐磨自潤滑涂層。 上述方法制備的用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層中，各組分及其重量百分比
如下Ag :19. 8%， Co :9. 6%， C :4%， W :66. 6%。 本實施例制備的耐磨自潤滑涂層與基體的結(jié)合強度大于60MPa，顯微硬度的平均 值HVO. 3為689，60(TC時測得涂層的摩擦系數(shù)為0. 60。
權(quán)利要求
一種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層，其特征在于，該涂層中各組分及其重量百分比如下Ag10～20％，Co9～11％，C3.8～6％，余量為W。
2. —種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，以WC-12Co粉 末和Ag粉為原料，將上述原料采用噴霧造粒工藝制成復(fù)合粉末，篩選出粒度為15 45iim 的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑道上 制備出耐磨自潤滑涂層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層的制備方法，其特 征在于，所述原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的18%。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于刷式密封結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子跑道用涂層及其制備技術(shù)領(lǐng)域的一種用于刷式密封跑道的耐磨自潤滑涂層及其制備方法。該涂層中各組分及其重量百分比如下Ag10～20％，Co9～11％，C3.8～6％，余量為W。以WC-12Co粉末和Ag粉為原料，將上述原料采用噴霧造粒工藝制成復(fù)合粉末，篩分出粒度為15～45μm的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂將其噴涂在刷式密封跑道表面上，則在刷式密封跑道上制備出耐磨自潤滑涂層，其中，所用原料中Ag粉重量占WC-12Co粉末和Ag粉總重量的10～20％。該涂層具有適度的顯微硬度，良好的結(jié)合強度，在室溫到600℃范圍內(nèi)具有良好的耐磨減摩性能。
文檔編號C23C4/06GK101735680SQ20091024380
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者付東興, 張敬國, 張曉囡, 張景懷, 張羽, 李學(xué)鋒, 楊中元, 汪禮敏, 閆世凱, 陶凱 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