镍包天然石墨涂层材料的制备与性能研究.pdf

1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 镍包天然石墨涂层材料的制备与性能研究 黄新春，任先京，冀晓鹃，李敦钫 北京矿冶研究总院金属材料研究所，北京1 0 0 0 4 4 摘要通过添加新型表面插化剂采用加压氢还原工艺制备了镍包天然石墨粉末，使其各项性能指标达强 与进口粉末相当的水平。 美键词氢还原；镇包石墨；封严涂层 中图分类号T G l 7 4 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7 S O 一0 0 1 4 0 2 P r e p a r i n go fa n dP r o p e r t i e ss t u d yO i lN i c k e l - c o a t e dG r a p h i t eP o w d e r H U A N GX i n c h u n ，R E NX i a n - j i n g ．J IX i a o - j u a n ．L ID u n f a n g 1 r B t i t u t eo fM e 蹦M a t e r i a l s ，B 面i n gG e n e r a lI n m i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ．B e t j i a g1 0 0 0 4 4 ．C h i n a A b s t r a c t T h ep r e p a r a t i o no fn i c k e l c o a t e dg r a p h i t ep o w d e ro nh y a r o t h e r m a lr e d u c t i o nw i t hp r e s s u r i z e dh y d r o g e n i si m p r o v e d ．T h ep r o p e r t i e sa r ea l s oi n t r o d u c e d ． K e y w o r d s H y d r o t h e r m a lr e d u c t i o n ；N i c k e l - c o a t e dg r a p h i t e ；A b r a d a b l es e a lc o a t i n g 航空工业的迅速发展。对航空发动机性能提出 了越来越高的要求。太推力、高效率、低油耗巳成为 航空发动机设计和制造的总体目标。当结构与材料 已经确定时’，减少发动机叶尖与机匣之问间隙的气 路封严技术成为提高发动机性能的重要手段。可磨 耗封严涂层由于其生产工艺简便。维护和性能调整 简易。封严效果好。不稳定现象少而得到广泛应用。 以石墨为可磨耗组分的封严材料在我国已得到 广泛的使用。天然石墨由于粒径较大。与镍润湿性 较整，没有自催化中心，进行镍包覆难度较大，需进 行除油、活化敏化等复杂前处理工艺，流程复杂，成 本较高。同时受原材料限制．国产石墨为可磨耗组 分的封严涂层材料在制备过程中包覆不完全 如图 1 。导致涂层的可刮削性能下降，从而磨损发动机的 转子部件。由于国内至今还无法解决原材料存在的 问题．所生产出的封严涂层材料性能与国外有明显 差距。 本文采用添加一种新型表面活化剂采用水热压 氢还原工艺制备了镍包天然石墨。与进口粉末的各 作者简介黄新奇 1 9 8 1 一 ，男．安徽阜阳人．工程师．碰士 面性能指标进行了对比。 1实验部分 从金属盐的水溶液中，用氢气还原金属是一种 经典的湿法冶金方法。该过程的基本反应式为 N i N H 3 。S 0 4 H 2 W C C o A V C N H ‘ 2 S O - b n 一2 N H 3 n ≥2 还原出的金属镍粉沉积在天然石墨上，形成了 一个为镍包覆的复合粉末。 试验在带有磁力搅拌器的2L 和1 0 乙釜中进 行。将天然石墨用2 0 ％的N a O H 溶液煮沸2 0m i n 。 去除油污。用S n C l 2 敏化后加入氯化钯溶液中活化 数分钟取出；将试剂 化学纯 硫酸镍、硫酸铵、氨水 按要求配好溶液．同清洗后的天然石墨粉与表面活 性剂一并装人釜内，盖严密封，控温充氢反应，排料、 洗涤、烘干、筛分，将所得样品进行物化测试，最后进 行火焰喷涂检测涂层性能。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 1 5 - 2 结果与讨论 2 ．1 衰面活性剂的选择． 制备包覆型复合粉末。对于非活性的核心而言， 选用有效而经济的表面活性剂是能否成功的关键。 本实验中添加表面活化剂A 。与不添加活化剂的进 行比较。实验结果表明。表面活化剂A 具有较好的 表面活化性能。添加活化剂者反应速度快。完整性 好；没有添加表面活化剂者所得的粉末包覆不完全， 有缺口，有的根本没有包上，游离镍粉较多，是一种 石墨和镍的混合粉，见图1 。 图1表面活性剂的对包覆效果的影响 F i g ．1 E f f e c to fs u r f a c t a n to nn i c k e l - c o a t e dg r a p h i t ep o w d e r 本实验中添加的表面活化剂对石墨有较好的活型表面活化剂后石墨的包覆率接近1 0 0 ％。 化作用，同时也是一种较好的分散剂、活化剂，也是 具有一定的消泡作用，这样石墨更容易分散在溶液 体系中。还原出来的镍粉容易沉积在石墨表面，包覆 更均匀。 表面活化剂A 是用来改善石墨表面活性的一 种催化荆，率研究就其用量做了系统实验，图2 为表 面活性剂用量对还原过程的实验结果。当用量多于 约0 ．2g 几时．对诱导期无明显影响，约多于0 ．1 g ／L 时，对反应时间无明显影响。 袭两活性荆墩度地L ．1 ， 圈2 表面活性剂的影响 F i g ．2 E f f e c to fs u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o n 表面活性剂起着活化氢与传递氢的作用．即生 成的O H ’吸附在石墨表面形成活化点，在这些活化 点上发生还原反应生成镍粉．因此活化点的多少直 接影响反应过程。最终选择催化剂用量是O ．2 g ／L ．所得镍包石墨的剖面形貌见图3 ，可见，采用新 圈3 镍包石墨S E M 形貌 F i g ．3S E Mm i c r o s t r u c t u r eo fn i c k e lc o a t e d g r a p h i t ep o w d e r 2 ．2 物理性能 松装密度进口M e t c 0 3 0 7 N S 和自制粉末分别为 1 ．6 6g ／c m 3 和1 ．6 2g ／c m 3 ．流动速度 5 0 9 进口M e t c 0 3 0 7 N S 和自制粉末分别为5 4 ．78 和5 2 ．4s 。可见采 用新型表面活化剂后制备的镍包天然石墨粉末的的 松装密度与进口粉末相当，流动性优于进口粉末。 2 ．3 涂层性能 结合强度进口M e t e 0 3 0 7 N S 和自制粉末分别 为6 ．3 1M P a 和6 ．2 1M P a ，硬度进口M e t c 0 3 0 7 N S 和自制粉末分别为6 2 H B 和6 3 H B 。可以看出。涂层 的结合强度和硬度均与进口粉末涂层相当。 下转第2 1 页 Jg、厘莒翟 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 2 1 由于N i c r 台金黏度大。水雾化时冷速快。雾化 时N i c r 台金液滴在表面张力作用下的球化速度远 远小于冷却速度，所以粉末呈现不规则形状．表面凹 凸不平。N i C r 台金中加入微量A 时．可以明显降低 合金黏度，提高台金的表面张力，水雾化时球化速度 加快，所以粉末随A 含量的增加，球形度明显增加。 3 结论 微量的A 能够提高N i C r 台金粉末的球形度， 进而显著提高粉末的流动速度和松比。当N i C r 合 金中A 含量在0 ～0 ．2 ％时，粉末的流动速度和松比 随A 台量的增加而直线增加．当A 含量 0 ．2 ％ 时，这种影响变缓。 上接第1 3 页 3 结论 高钽M c r A l Y 粉末呈球状，剖面显示含有未熔 的T a 片。粉末主要含e - C r 固溶体N i 基固溶体、微 量的N i 3 A 1 ；涂层组织涂层较致密，由N i A J 、7 一N i 基 固溶体组成；与国外同类粉末相比涂层的结合强度 无多大差别。 参考文献 [ 1 ] B a u f d dB ，M ．S c h n q c k e r ．M i c m s t c m r a le v o l u t i o no fa N i C o C r A l Yc o a t i n gO na nI N l 0 0s u b s t r a t e [ J ] ．S u r f a c e ＆ C o a t i n g sT e c h ．, d o g y ，2 0 0 ．5 ，1 9 9 4 9 5 6 ． [ 23 J u r g e aM ．D i e t e xN ．E f f i c i e n c yo fa ．a l u m i n aa 3d i f f u s i o n b a r r i e rb e t w e e nb o n dC O a ta n db u l km a t e r i a lo fg a st u r h ／a e b h d o [ J ] ．V a c u u m ，2 0 0 3 ，7 1 2 4 7 2 5 1 ． [ 3 ] 孙金寅，叶瑞曾，吴和元，等．烟气轮机肪护涂层的研究 及应用[ J 】．石油化工设备技术，1 9 9 6 ，1 7 3 7 4 0 ． C 4 ] 汪林。黎建，宋铂，等．不同钽音量的钻镍铬铝钇涂层舍 金的氧化动力学[ A 】，，．第六届垒国高温舍金会议论文 集[ c ] ，北京冶金工业出版社，1 9 8 6 5 7 5 5 7 7 ． 【5 ] u as h u s ∞．S o n gJ i 删，Z h o uC h u n g e n ．M i c m s t m c t u r e e v o l u d o ao fN i C O C r A I Yo v e r l a yc o a t i n ghN i 3 A tb 缸e d 丑1 ． t o y1 0 6t u r b i n ev a n ed u r i n gl o n gt e r me n g i n et e s t [ J ] ．I n t e t m e t a l l i c a ．2 0 0 5 ，1 3 3 0 9 3 1 4 ． 上接第1 5 页 3 结论 霎詈差言篇鬻嚣羹兰霁誓誓善薯誓囊姜 通过新型表面活化剂的添加可以显著提高石墨可靠的方法。 万方数据