火焰喷涂镍_石墨可磨耗封严涂层的研究.pdf

9 2 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 火焰喷涂镍／石墨可磨耗封严涂层的研究 杨晓剑，田晔，黄新春，章德铭 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要采用火焰喷涂方法制备镍／石墨可磨耗封严涂层。通过调整工艺参数制备硬度适中的镍石墨涂 层，并对涂层的结合强度、热冲击以及微观结构等进行研究。试验发现，镍石墨可磨耗封严涂层结合强 度、热冲击等性能均能满足使用要求。 关键词火焰喷涂；镍／石墨；封严涂层；涂层性能 中图分类号T G l 7 4 ．4文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 S 0 0 0 9 2 - - 0 3 T h eS t u d yo fN i ／CA b r a d a b l eS e a lC o a t i n g sb yF l a m eS p r a y i n g Y A N GX i a o - j i a n ，T I A NY e ，M AJ i a n g h o n g ，H U A N GX i n - c h u n ，Z H A N GD e - m i n g B e i j i n gG e n e r a lR 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 i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h eN i ／Ca b r a d a b l es e a lc o a t i n g sarep r e p a r e db yf l a m es p r a y i n g ．T h eh a r d n e s so fc o a t i n g si sa d - j u s t e db yc h a n g i n gt h ep r o c e s sp a r a m e t e r s ．T h ep e r f o r m a n c ea n dm i c r o s t r u c t u r eo fc o a t i n g sa rea l s os t u d i e d ．T h er e s u l t si n d i c a t e st h a tt h eh a r d n e s s ，b o n ds t r e n g t ha n dm i c r o s t r u c t u r em e e tt 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 ． K e y w o r d s F l a m es p r a y i n g ；N i ／C ；S e a lc o a t i n g s ；P e r f o r m a n c eo fc o a t i n g s 随着航空技术的日益发展及封严涂层技术的不 断提高，可磨耗封严涂层被越来越多的应用到飞机 发动机的部件上，封严涂层也相继成为提高发动机 效率的重要措施之一。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 料组成，其中还有较多的孔洞[ 1 - 4 ] 。其中金属相的 作用是抗腐蚀、抗氧化，保证涂层自身的强度以及和 基体的结合强度。常用的金属相有镍、铝、铜及其 合金等；非金属相的作用是保证了可磨耗性、减磨、 抗粘着。常用的非金属相有石墨、六方氮化硼、二硫 化钼、氟化钙、硅藻土、膨润土和高分子聚合物 等[ 5 - 7 ] 。这些非金属相大多具有低的硬度、低的剪 切强度和低的摩擦系数。而孔洞的存在也会降低涂 层的硬度。 镍／石墨可磨耗封严涂层由于具备一种生产工 艺简便、使用安全等特点而被广泛应用在压气机中。 作者简介杨晓剑 1 9 8 0 一 ，女，河北人．工程师，硕士． 本文主要介绍了镍／石墨可磨耗封严涂层的制备及 涂层的主要性能。 1 试验过程与方法 1 ．1 涂层材料的选择 本文选用的可磨耗封严涂层材料主要成份是 镍，此外还有润滑作用的石墨。粉末的形貌如图1 所示。 图1 显示，涂层材料中，镍均匀包覆在石墨外 面，这种结构减少了粉末在喷涂过程中石墨的烧损。 1 ．2 涂层的制备 选择上述镍／石墨可磨耗封严涂层粉料，粉末的 粒度选用4 4 ～1 0 0 “m ，采用火焰喷涂方法，调整工 艺参数制备涂层。喷涂前对基体进行预处理，包括 除油、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 有色惫属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 9 3 图1 涂朦材料的表筒开参勰 F i g ．1T h es u r f a c em o r p h o l o g yo fc o a t i n gm a t e r i a l 1 。3 涂垂魏性蕤试验 对喷涂后镍／石墨可磨耗封严涂层的结合强度、 热冲击等性能进行研究。涂层的结含强度采用粘结 拉律法检溅。试梯姆对接俘采建树脂胶冀粘终， 1 9 0 ℃、傈澄2h 戆条佟下霆曼。 涂层豹热冲击性能测试方法，首先将涂层榉龋 在5 0 0 ℃的箱式电阻炉中保温1 0r a i n ，放人冷水淬 冷，观察涂层表面状态。 1 ．4 涂屡的微观缀缀努薪 采蔫金裰显徽镳观察囔涂詹潦鼹麴组织澎貌及 孔隙率的分布。 2 试验结果与分析 2 ．1 囔涂参鼗嚣涂屡疆囊麓影瘸 调节喷涂工艺参数喷涂多组镍／石墨可磨耗封 严涂层，依涂层的硬度确定合适的喷涂工艺参数。 喷涂工艺参数Q H 1 4L ／r a i n 、载气流量2 0 0 L ／r a i n 、喷澹距离1 8 0m l T l ，其余参数翅表l 所忝。 表1 殖涂工艺参数． T a b l e1P r o c e s sp a r a m e t e r so ff l a m es p r a y i n g 表1 显示了送粉转速及氧气麴流囊对涂瑟的疆 度起到了很大的影响。采用上述工茳参数喷涂，涂 层的硬度如表2 所豕。 表2 涂瑟兹硬度 T a b l e2 T h eh a r d n e s so fc o a t i n g s 硬度H R l 5 y 12345 l5 4 ．06 2 ．05 3 。05 0 ．55 2 ．0 24 1 ．04 6 ．54 9 ．S4 S ，54 7 。0 SS 8 ，S3 2 。3 9 ．5 3 8 ，04 0 5 3 1 ．03 7 ．04 0 ．03 9 ．03 S ．0 65 1 ．04 7 ．OS 5 ．04 8 ．04 S ．5 73 9 ．04 1 ．55 1 ．55 2 ．55 2 ．0 平均值 5 4 ．3 4 5 。 3 7 ，7 3 6 ．2 4 9 ．3 4 7 ．3 表2 表骥了对瘟予裘l 喷涂工艺参数错备斡涂 层硬度，根据涂层硬度的使用要求以及涂朦的均匀 性，选择2 爆喷涂工艺参数喷涂镍石墨可磨耗封严 涂层，并研究涂层的性能。 2 。2 涂屡性琵研究 赞对上述喷涂爨涂藩，本试验对涂凄豹结合强 度及相应涂层的热冲击性能进行了研究。涂层的结 合强度测定3 次，分别为5 ．4 3M P a 、5 ．9 2M P a 和 6 ．3 4M 如，平均s ．9 0 M P a 。测定结果表嘴，涂层鳇 结舍强度均 莲M P a ，达戮涂屡鳇嫠震要求。 将涂艨在5 0 0 ℃的祭律下保温1 0r a i n ，取出着 立即放入冷水中，重复热冲击试验5 0 次。观察涂层 表面形貌，发现经过热冲击试验后涂层毙好，无损 饶，没有掇现脱落、裂纹等褒象，表鹱该涂鬃鳇热湾 击性麓嶷努。 2 ．3 涂屡的微观结构研究 图2 臌示，涂层中的盒属组分镍及非念属组分 石墨呈均匀分布，且涂层孔涨均匀。这鼹| 结梅有裂 于涂层的爵磨耗鼗麓。 3结论 1 火焰喷涂制备镍／褥墨可磨耗封严涂层，喷 万方数据 9 4 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 塑2 涂屡的徽凌形貔 F i g ．2 M i c r o s t r u c t u r eo fc o a t i n g s 涂参数中氧气的流量及送粉速度影响着喷涂后涂层 韵硬度，从两影响涂层的使用性能。 2 上述工艺参数裂备瓣臻／夏墨霹磨糕辫严涂 层酶结合强度、热冲击等性能垮表现为良好；扶涂屡 的微观结构观察，涂层备组分及涂层的孔隙率分布 均匀，有利于涂层的可磨耗性能。 参考文献 [ 1 3 荔茂串，张轰燕，都涛宏，等，胃蘑耗鹭严涤鬟爱其犍笺 评价[ j ] ．航黧制造技术，t 9 9 8 ， 3 3 - - 5 。 [ 2 ] N o v i n s k iER ．T h ed e s i g nt h e r m a ls p r a y e da b r a d a b l es e a l c o a t i n gf o rg a st u r b i n ee n g i n e s [ A ] ．／／P r o c e e d i n g so f 4 t hn a t i o n a lt h e r m a ls p r a yc o l l f e r e n o e [ e 二。U S A { 1 9 9l 4 5 1 - - 4 5 4 。 [ 3 ] 壬薇，张琦，黄予勋．发动机封严涂层的研究进展口] ．航 空工程与维修，1 9 9 6 ，1 1 3 4 ． C 钓易茂中。涂层结合强度评价及研磨耗、耐磨涂层的性能 辑究[ 翻。器安；嚣安交逶夫学，1 9 9 6 ；s o 一 s ， [ 5 ] B i nR c IW e m ro fs e a lm a m r i M su s e di na i r c r a f tp r o p u l 。 s i o ns y s t e m sc J ] ．W e a r ，1 9 8 0 ，5 9 ；1 6 5 1 8 9 ． [ 6 ] F u s t u k i a nD ，M e h tM ．C o m p o s i t ep o w d e ro fc o n t r o l l i n g a b r a d a b i l i t y [ J ] ．C a n a d i a nM e t a l l u r g i c a lq u a r t e r l y ，1 9 7 3 ， 2 ；4 9 7 - - 5 0 2 ． [ 7 ] J a r o s i n s k iWj ，G r u n i n g e rM RH i g ht e m p e r a t u r eb o r o n n i t r i d ea b r a d a b l em a t e r i a l s [ A ] ．／／P r o c e e d i n g so f1 3 t h n S C [ C ] ．U 8 A ，1 9 9 2 6 9 1 6 9 4 ． 上接8 l 页 于热障涂屡的使用寿命的提高，文中设计试验显示， 涂层抗热震性能提高两借以上。 参考文裁 [ 1 ] P a d t u r eNP ，G e UM ，J o r d a nEH 。T h e r m a lb a r r i e r c o a t i n g sf o rg a s - t u r b i n ee n g i n ea p p l i c a t i o n s [ J ] ．S c i e n c e ， 2 0 0 2 ，2 9 6 5 5 6 6 2 8 0 一2 8 4 。 [ 2 】耀整魏 煞簿籍瓷涂器簿最薪发爰[ j ] 。嚣瓣保护，2 0 0 3 ， 3 6 3 5 一7 ． [ 3 ] 王学兵，张章缎，橙善义．梯度热障涂层研究现获醯] 。中 国表面工程。2 0 0 4 3 5 - - 1 2 ． [ 4 ] C i p i t r i aA ，G o l o s n o yIO ，C l y n eTW ．S i n t e r i n gK i n e t i c s o fP l a s m a - S p r a y e d 篓r c o m aT B C s [ A ] 。／／P r o c e e d i n g so f t h e2 0 0 7I n t e r n a t i o n a lT h e r m a lS p r a ye 毫n f e 转n 貔[ e 3 2 0 0 7 ． [ 5 ] S c h l i c h t i n gKW ．P a d t u r eNP - G e l lM ，e ta 1 ．F a i l u r e m o d e si np l a s m a - s p r a y e dt h e r m a lb a r r i e rc o a t i n g sC J ] ． M a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，A 3 4 2 1 2 0 ～ 1 3 0 。 万方数据