鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末及其制備方法
【專利摘要】一種鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末及其制備方法，鎳鉻鋁膨潤(rùn)土（硅藻土）復(fù)合粉末成分的質(zhì)量百分含量為Ni：50～85％，Cr：3～15％，Al：0.1～10％，膨潤(rùn)土（硅藻土）：余量。該鎳鉻鋁膨潤(rùn)土（硅藻土）粉末噴涂工藝性好，鎳含量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)規(guī)?？筛鶕?jù)需要進(jìn)行控制。采用以上粉末通過(guò)熱噴涂方法制備的可磨耗封嚴(yán)涂層結(jié)合強(qiáng)度高、硬度低、可磨耗性和抗氧化性好。
【專利說(shuō)明】鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可磨耗封嚴(yán)復(fù)合粉末材料，屬于熱噴涂材料及涂層制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]航空工業(yè)的迅速發(fā)展對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出了越來(lái)越高的要求，大推力、高效率、低油耗已成為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造的總體目標(biāo)，為此，應(yīng)盡量提高渦輪機(jī)進(jìn)口氣體溫度，減小轉(zhuǎn)子與靜子部件之間的間隙。受材料使用溫度的限制，提高渦輪機(jī)進(jìn)口氣體溫度是有限的，因而減小壓氣機(jī)、渦輪機(jī)葉尖與機(jī)匣之間間隙的氣路封嚴(yán)技術(shù)就成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要手段。據(jù)資料報(bào)道，在一臺(tái)高壓渦輪機(jī)內(nèi)，間隙每減小0.13?0.25mm,油耗可減少0.5%?1.0%，發(fā)動(dòng)機(jī)效率即可提高2%左右。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)的制造和運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際上無(wú)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?3_的間隙。過(guò)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限度。
[0003]熱噴涂封嚴(yán)涂層由于具有以下優(yōu)點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用:(1)容易按照所要求的厚度直接噴涂在發(fā)動(dòng)機(jī)零件上而不需要釬焊；(2)容易返修，舊涂層易去除，新涂層可直接重新噴涂在同一位置；(3)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同部位、不同使用溫度的要求，可供選擇的材料較多；(4)容易調(diào)整性能，以獲得可磨耗性和抗沖蝕性的最佳配合；(5)涂層可為機(jī)匣提供熱障和減少其受高溫燃?xì)獾挠绊憽?br> [0004]近年來(lái)，封嚴(yán)涂層材料的研制已取得一定進(jìn)展，按其使用溫度劃分，可分為低溫涂層，溫度在400°C以下，如鋁硅聚苯酯、銀銅合金等；中溫涂層，使用溫度在400 - 700°C，如鎳石墨、銅鋁鎳石墨、鎳鉻鋁鎳石墨等；高溫涂層，使用溫度大于70(TC，如鎳鉻鋁膨潤(rùn)土、鎳鉻鋁硅藻土等。鎳鉻鋁膨潤(rùn)土(硅藻土)是一種復(fù)合粉末材料，可用于制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)間隙控制用高溫可磨耗封嚴(yán)涂層，該材料具有抗氧化性好、硬度低和結(jié)合強(qiáng)度高的特性。然而我國(guó)在高溫封嚴(yán)涂層材料研制方面還未有所突破，也未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是提供一種熱噴涂用鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末，這種粉末鎳含量可控，包覆均勻致密，粉末流動(dòng)性好，能滿足熱噴涂工藝的需要，并且這種粉末的生產(chǎn)方法還可用于制備其他團(tuán)聚包覆型金屬一非金屬?gòu)?fù)合粉末。
[0006]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末，其特征在于，所述復(fù)合粉末的質(zhì)量百分組成為=N1:50?85%，Cr:3?15%，Al:0.1?10%，余量為膨潤(rùn)土或硅藻土。
[0007]在一些實(shí)施方案中，所述復(fù)合粉末中的鎳元素以鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土包覆型粉末和/或鎳鉻合金粉末的形式存在。
[0008]在一些實(shí)施方案中，鎳元素以鎳鉻合金形式存在時(shí)，鎳鉻合金中鎳含量為75?95wt% ;鎳元素以鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土包覆型粉末形式存在時(shí),鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土包覆型粉末中鎳含量為50?90wt%。
[0009]在一些實(shí)施方案中，所述鎳鉻合金粉末粒度范圍為45?200 μ m,鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末粒度范圍為45?200 μ m。
[0010]本發(fā)明的另一目的是提供一種鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末的制備方法，該方法工藝流程少、操作方法簡(jiǎn)單、制造成本低，生產(chǎn)規(guī)?？煽?，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0011]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)將鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I?5 %，粘結(jié)劑與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為I?15 μ m的超細(xì)鉻粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70?190°C ；
[0013](2)將步驟(I)中制備的鎳鉻膨潤(rùn)土或鎳鉻硅藻土復(fù)合粉末再次與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I?5%，粘結(jié)劑與鎳鉻膨潤(rùn)土或鎳鉻硅藻土粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm?10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70?190°C，得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末。
[0014]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0015]將鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢瑁辰Y(jié)劑質(zhì)量百分含量為I?5%，粘結(jié)劑與鎳包膨潤(rùn)土粉末充分潤(rùn)濕后同時(shí)加入粒度為I?15 μ m的超細(xì)鉻粉和粒度為30nm?10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70?190°C，得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末。
[0016]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0017](I)將鎳鉻合金粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I?5%,粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm?10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70?190°C，得到鎳鉻鋁復(fù)合粉末；
[0018](2)將鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I?5 %，粘結(jié)劑與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm?10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70?190°C，得到鎳鋁膨潤(rùn)土或鎳鋁硅藻土復(fù)合粉末；
[0019](3)將步驟(I)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末與步驟制備的(2)鎳鋁膨潤(rùn)土或鎳鋁硅藻土復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械混合，得到鎳鉻招膨潤(rùn)土或鎳鉻招娃藻土復(fù)合粉末；或者將步驟(I)制備的鎳鉻招復(fù)合粉末與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土粉末進(jìn)行機(jī)械混合得到鎳鉻招膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末；或者將鎳鉻合金粉末與步驟(2)制備的鎳鋁膨潤(rùn)土或鎳鋁硅藻土復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械混合得到鎳鉻招膨潤(rùn)土或鎳鉻招娃藻土復(fù)合粉末。
[0020]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0021]將合適粒度的鎳鉻合金粉末與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土粉末進(jìn)行機(jī)械混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笈c粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I?5%，粘結(jié)劑與以上混合粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm?10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70?19CTC。
[0022]在上述制備方法中，根據(jù)產(chǎn)品各元素質(zhì)量組成要求，調(diào)整鎳鉻合金粉末、鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土粉末與鋁粉的比例。[0023]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土團(tuán)聚包覆型復(fù)合粉末的制備方法，所述粘結(jié)劑為有機(jī)粘結(jié)劑聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纖維素鈉與溶劑的混合物，溶劑為酒精、丙酮或水，有機(jī)粘結(jié)劑與溶劑體積比為1:3?1:20。
[0024]鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土涂層制備方法，其特征在于采用熱噴涂方法進(jìn)行制備，如采用大氣等離子噴涂或火焰噴涂等。若采用大氣等離子噴涂，噴涂參數(shù)為電流700?850A,主氣 50 ?60L/min,次氣 20 ?30L/min,送粉量 30 ?60g/min,載氣 10 ?15L/min。若采用火焰噴涂，氧氣壓力為1.5?2.5MPa，乙炔壓力0.1?0.2MPa，送粉量30?50g/min。
[0025]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0026]1、采用超細(xì)鉻粉、鋁粉作為包覆粉末，可保證團(tuán)聚包覆的均勻性和完整性。
[0027]2、團(tuán)聚包覆工藝操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)規(guī)?？煽兀勰┏煞秩菀渍{(diào)整，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0028]附圖為實(shí)施例1采用鎳包膨潤(rùn)土包覆超細(xì)鎳鉻合金粉、鋁粉制備的鎳鉻鋁膨潤(rùn)土形貌。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]實(shí)施例1
[0030]取粒度為45?150 μ m、鎳的質(zhì)量百分含量為65%的鎳包膨潤(rùn)土 500g，取粒度為45?150 μ m、鉻的質(zhì)量百分含量為10%的鎳鉻合金粉末450g，將以上兩種粉末混合均勻，加入甲乙膠50g并稀釋使粉末充分潤(rùn)濕，加入超細(xì)鋁粉50g充分?jǐn)嚢琛⒒旌暇鶆?、烘干后得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土粉末。
[0031]采用大氣等離子噴涂方法進(jìn)行涂層制備，噴涂參數(shù)為:電流700A，主氣50L/min，次氣 20L/min,送粉量 50g/min,載氣 10L/min。
[0032]實(shí)施例2
[0033]取粒度為45?150 μ m、鎳的質(zhì)量百分含量為65%的鎳包硅藻土 500g，加入濃度為20%的聚乙烯醇50ml并使粉末充分濕潤(rùn)，加入超細(xì)鉻粉IOOg充分?jǐn)嚢琛⒒旌暇鶆?、烘干。將以上鎳鉻硅藻土粉末加入濃度為20%的聚乙烯醇50ml并使粉末充分潤(rùn)濕，加入超細(xì)鋁粉50g充分?jǐn)嚢?、混合均勻、烘干后得到鎳鉻鋁硅藻土粉末。
[0034]采用火焰噴涂方法進(jìn)行涂層制備，氧氣壓力為1.5MPa，乙炔壓力為0.12MPa，送粉量 40g/mino
【權(quán)利要求】
1.鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末，其特征在于，所述復(fù)合粉末的質(zhì)量百分組成為:N1:50~85%，Cr:3~15%，Al:0.1~10%，余量為膨潤(rùn)土或硅藻土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合粉末，其特征在于，所述復(fù)合粉末中的鎳元素以鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末和/或鎳鉻合金粉末的形式存在。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合粉末，其特征在于，鎳元素以鎳鉻合金形式存在時(shí)，鎳鉻合金中鎳含量為75~95wt% ;鎳元素以鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土包覆型粉末形式存在時(shí)，鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土包覆型粉末中鎳含量為50~90wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合粉末，其特征在于，所述鎳鉻合金粉末粒度范圍為45~200 μ m,鎳包膨潤(rùn)土或鎳包娃藻土包覆型粉末粒度范圍為45~200 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 -4任一權(quán)利要求所述的復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢瑁辰Y(jié)劑質(zhì)量百分含量為I~5 %，粘結(jié)劑與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為I~15 μ m的超細(xì)鉻粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70~190°C ； (2)將步驟(1)中制備的鎳鉻膨潤(rùn)土或鎳鉻硅藻土復(fù)合粉末再次與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢瑁辰Y(jié)劑質(zhì)量百分含量為I~5%，粘結(jié)劑與鎳鉻膨潤(rùn)土或鎳鉻硅藻土粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm~10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70~190°C，得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I~5 %，粘結(jié)劑與鎳包膨潤(rùn)土粉末充分潤(rùn)濕后同時(shí)加入粒度為I~15 μ m的超細(xì)鉻粉和粒度為30nm~10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70~190°C，得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將鎳鉻合金粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢瑁辰Y(jié)劑質(zhì)量百分含量為I~5%，粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm~10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70~190°C，得到鎳鉻鋁復(fù)合粉末； (2)將鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢?，粘結(jié)劑質(zhì)量百分含量為I~5 %，粘結(jié)劑與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土包覆型粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm~10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70~190°C，得到鎳鋁膨潤(rùn)土或鎳鋁硅藻土復(fù)合粉末； (3)將步驟(1)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末與步驟制備的(2)鎳鋁膨潤(rùn)土或鎳鋁硅藻土復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械混合，得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末；或者將步驟(1)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土粉末進(jìn)行機(jī)械混合得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末；或者將鎳鉻合金粉末與步驟(2)制備的鎳鋁膨潤(rùn)土或鎳鋁硅藻土復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械混合得到鎳鉻鋁膨潤(rùn)土或鎳鉻鋁硅藻土復(fù)合粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將合適粒度的鎳鉻合金粉末與鎳包膨潤(rùn)土或鎳包硅藻土粉末進(jìn)行機(jī)械混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笈c粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢瑁辰Y(jié)劑質(zhì)量百分含量為I~5%，粘結(jié)劑與以上混合粉末充分潤(rùn)濕后加入粒度為30nm~10 μ m的超細(xì)鋁粉進(jìn)行攪拌，混合均勻后進(jìn)行烘干，烘干溫度為70~190°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為有機(jī)粘結(jié)劑聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羧甲基纖維素鈉與溶劑的混合物，溶劑為酒精、丙酮或水，有機(jī)粘結(jié)劑與溶劑體積比為1:3~1:20。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的復(fù)合粉末的涂層制備方法，其特征在于，采用熱噴涂方法進(jìn)行制備，采用大氣等離子噴涂時(shí)，噴涂參數(shù)為電流700~850A，主氣50~60L/min，次氣20~30L/min，送粉量30~60g/min，載氣10~15L/min ;采用火焰噴涂時(shí)，氧氣壓力為1.5~2.5MPa,乙炔壓力0.1~0.2MPa，送粉量30~50g/min。
【文檔編號(hào)】C23C4/04GK103691936SQ201410000619
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月1日
【發(fā)明者】于月光, 冀曉鵑, 章德銘, 沈婕, 楊永琦, 程旭瑩 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院, 北礦新材科技有限公司