等离子喷涂镍基封严涂层热性能的研究.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊9 5 等离子喷涂镍基封严涂层热性能的研究 霹晔1 ，马江虹1 ，薛文涛1 ，剃建乎2 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 ，2 ．驻黎明公司军代表室，沈阳1 1 0 0 4 3 攘要戮究了镣基霹磨耗越严涂瑶戆撬熬往镌。采矮等离子囔涂童艺囔涂镣基笈会餐寒，筹对凌涂麓涂 层酶抗热瞧熊进行研究。络袋表赞，采用等寓予喷涂割备豹镰麓辫严涂矮经过5 0 0 “ C 不丽时同热魏瑗 试验，涂艨的硬度及显微组织仍能满足涂层的使用要求，涂层的抗热性能良好。 关键词等离子喷涂；镍基封严涂层；热性能 中图分类麓T G l 7 4 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5e 2 0 0 8 j S o 一0 0 9 5 - - 0 3 R e s e a r c ho nT h e r m a lB e h a v i o ro fN i c k e l - B a s e dS e a l C o a t i n g sb yP l a s m aS p r a y i n g T I A NY e ’，M AJ i a n g - h o n 9 1 ，X U EW e n - t a 0 1 ，L I UJ i a n - p i n g z 1 ．B e i j i n gG e n e 斌R e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e l l i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 2 ．M i l i t a r yR e p r e s e n t a t i v e si nL I M I N GC o m p a n y ，S h e n y a n g11 0 0 4 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h et h e r m a lb e h a v i o ro fn i c k e l - b a s es e a lc o a t i n g sp r e p a r e db yp l a s m as p r a y i n ga r ed i s c u s s e d ．T h e r e s u l ti n d i c a t e st h a tt h eh a r d n e s sa n dt h em i c r o s t r u c t u r em e e ts t i l lt h eo p e r a t i n gr e q u i r e m e n t so fc o a t i n g s a f t e rh e a t i n gt r e a t m e n ta t5 0 0 ℃f o rd i f f e r e n tt i m e ，a n dt h eh e a t r e s i s t a n c eo ft h ec o a t i n g si sw e l l 。 K e y w o r d s P l a s m as p r a y i n g ；N i c k e l b a s e ds e a lc o a t i n g ；T h e r m a lb e h a v i o r ’ 可磨耗封严涂层嚣为种类多、生产工艺简使等 优点被大量应震农发动视孛，在鬣瘸以及军事上成 为不可缺少的一部分。可磨耗封严涂层大多由一定 比例的金属相和具有自润滑作用的非金属的复合材 料缎成，还有较多的孑L 洞[ 1 2 ] 。为了寻求各种使用 条件下懿裹性能封严涂爱材辩，鬻森矫舞展了大爨 的研究开发工作。目前较常用封严涂层材料，包括 如镍一石墨系列，铝硅一石墨系列，聚酯涂层材料， 如铝硅～聚酯等，以及含氮化硼 低于7 ％ 涂层材 料，如镍铬铁铝一氮化硼[ 3 - 5 ] 。本文采用等离子囔 涂方法裁备镍基封严涂层，对囔涂詹的涂层进行耐 热性能试验，检测涂层的热性能。 1试验过程与方法 1 。1 涂垂耪料酶选择 作者简介田哗 1 9 8 0 - - 女，内蒙古赤酶市人，工程师，硕士． 本文选餍的镍基封严涂层材料主要成份是镶， 鳇外逐有澜滑作震的吞爨以及其它组分。选择耪末 的形貌如阕1 所示。 从图l 可以看到镍粉星麦穗状，经过试验证明， 用此种镶粉喷涂后的涂层性能及质量都较好。除了 金属镣耱，戴复合专砉料逐包含了具有自濑潦俸震的 非金属糯石墨，呈片状分布 图l b 。 1 ．2 涂艨的制备 选择上述镍、石墨以及其它组分制备镍基封严 涂层用粉寒，采餍等离子嵝涂方法，调整互艺参数簇 备涂屡。喷涂前对基体进行预处理，包括除灌、喷 砂、打底等，制备镍基封严涂层，并对涂层的热性能 及微观结构进行研究。 万方数据 9 6 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增翠J 网l 涂层材料的驻微形貌 F i g 。1 M i c r o t r u c t u r eo fc o a t i n gm a t e r i a l s 1 ．3 涂层的耐热牲蘸试验 在5 0 0 ℃，保温不同时间的条件下，对喷涂后的 涂层进行耐热性能测试。涂层的耐热性能主要依据 涂层的硬度评价，涂层硬度采用表面洛氏硬度测量。 I 。4 涂震的徽鼹缝绥分耩 采用H l T A C H IS 一3 5 0 0 N 型扫描彀镜对热处 理前后涂层的组织形貌进行观察，比较热处理前后 涂层结构的变化。 2 试验结果与分析 2 ．1 涂屡热稳定性能的研究 将同种喷涂工艺制备的4 组封严涂层分别在 5 0 0 ℃下保瀛2 0h 、4 0h 、6 0h 、8 0h 以及1 0 0h 后， 溺量涂瑟热稳定蓠君硬度的变纯，结果翔豳2 、鬻3 所示。 图2 涂层硬度在5 0 0 ℃下随保温时间变化 F i g ．2 T h ec h a n g eo fh a r d n e s so fc o a t i n g s w i t hd i f f e r e n tt i m ea t5 0 0 。c 结果表明，在开始5 0 0 ℃保温2 0h 后，涂层的硬 度与热处理前相比变化很大，但都在1 0 ％的范围 内。随着热处理保温时间的增加，涂层的硬度与热 处瑾翦摆跑变纯趋缓，经避1 0 0h 、5 0 0 ℃热处理着， 涂层的硬度仍在性能要求范围内。所以，该镍基封 严涂层材料在5 0 0 ℃的温度范围内仍满足性能使用 瑟求。保温对阕及耨应酶涂屡硬度馥线。 圈3 涂层硬魔柱S 0 0 。C 下随保温时间的相对增纛 F i g ．3T h er e l a t i v ei n c r e m e n to fh a r d n e s so f c o a t i n g sw i t hd i f f e r e n tt i m ea t5 0 0 。C 篷3 显示，哭寿在5 0 0 ℃秀始傺瀑后的时超段 内硬度变化较鳃殛，随着保温时间的延长，涂屡硬度 变化量趋缓，且最终的硬度变化量均在涂层的使用 臻求内。 2 ．2 涂层形貔 匿垂是蒸处毽前后镶基涂瑟的形貌鞭片。 图4 显示，涂层中有氧化现象产生，氧化物的生 成可能导致涂层硬度有所提高，但有文献㈨指出，涂 层中氧化物的存在可增加涂层的脆性，对提高W 磨 耗性有囊。 3结论 1 等离子喷涂镍基封严涂屡经过5 0 0 C 、保温 零同嚣耀的中瀑热处理盖，涂层懿硬度身高，毽滚着 保温时间酶增由E ，硬度变化趋予警缓，热处理后涂层 的硬度在使用范阐内，仍满足该类涂层使用要求，涂 0 8 6 4 2 0 穹6暑荔罄20珏l≯甾蔗甜熙 俘弭珏强疆祷∞鹪卯∞硒鹞醯＆ 啦一g芏．甓uopJ日}{ 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 9 7 层的耐热性能良好； 图4 热处理前后镍基涂层微观形貌 F i g ．4 M i c r o s t r u c t u r eo fN i _ b a s e dc o a t i n g sb e f o r ea n da f t e rh e a tt r e a t i n g 2 镍基封严涂层经过5 0 0 ．1 2 、保温不同时间的 中温热处理后，涂层中有金属氧化现象，但与热处理 前相比涂层的微观结构变化不大。 参考文献 [ 1 ] 赖师墨．控制航空发动机运转间隙的热喷涂封严涂层 口] ．航空制造技术，1 9 9 5 S 1 5 3 5 5 ． [ 2 ] 杨贵铭，王明富，王廉士．涡浆6 发动机叶尖间隙的控制 技术[ J ] ．航空工程与维修，1 9 9 4 0 9 2 3 2 4 ． [ 3 ] 易茂中，张先龙，郑济宏，等．可磨耗封严涂层及其性能 评价[ J ] ．航空制造技术，1 9 9 8 3 3 ～5 ． [ 4 ] 朱立群，刘梦兰，王建华，等．飞机发动机封严涂层的研 究[ 妇．航空学报，2 0 0 0 ，2 1 s 1 8 5 8 9 ． [ 5 ] 王薇，张琦，黄予勋．发动机封严涂层的研究进展[ J ] ．航 空制造工程，1 9 9 6 1 1 3 4 ． [ 6 ] O f f i n o s k i ．P o r o u sm e t a la b r a d a b l es e a lm a t e r i a l U n t i e d S t a t e sP a t e n t ，4 6 6 4 9 9 7 3 [ P ] ．1 9 8 7 ． 上接8 4 页 [ 2 ] G o b e r m a nD ，S o h nYH ，S h a wL ，e ta 1 ．M i c r o s t r u c t u r e d e v e l o p m e n to fA 1 2 0 3 1 3 ％T i 0 2p l a s m as p r a y e dc o a t i n g s d e r i v e df r o mn a n o c r y s t a l l i n ep o w d e r s [ J ] ．A c t aM a t e r i a l i a ，2 0 0 2 ，5 0 1 1 4 1 1 1 5 2 ． [ 3 ] 陈煌，林新华，曾毅，等．热喷涂纳米陶瓷涂层研究进展 [ J ] ．硅酸盐学报，2 0 0 2 ，3 0 2 2 3 5 2 3 9 ． [ 4 ] G e l lM ，J o r d a nEH ，S o h nYH ，e ta 1 ．D e v e l o p m e n t a n di m p l e m e n t a t i o no fp l a s m as p r a y e dn a n o s t r u c t u r e dc e - 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