專利名稱：一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法
一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱噴涂材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及 制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航空工業(yè)的日益發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出了越來越高的要求。目前，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)就成為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能 的主要方法。據(jù)資料報(bào)道，在一臺(tái)高壓渦輪機(jī)內(nèi)，間隙每減少0.13 0.25mm，油 耗就能減少0.5 1.0%，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就能提高2%左右。但是，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過 程中，實(shí)際上無法使間隙控制為零，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 3mm的間隙。過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程度(易茂龍等，航空工藝技術(shù)， 1998:3)。封嚴(yán)涂層主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)封嚴(yán)圈、盤(與蜂窩或可刮削涂層配 合)，具有動(dòng)態(tài)密封作用，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和效率。
封嚴(yán)涂層大多由一定比例的金屬相和具有自潤(rùn)滑功能的非金屬相的復(fù)合材料 組成。其中金屬相的作用是抗沖蝕、抗氧化，保證涂層自身的強(qiáng)度以及和基體的 結(jié)合強(qiáng)度。非金屬相大多具有低的硬度、低的剪切強(qiáng)度和低的摩擦系數(shù)，主要作 用是保證可磨耗性、減摩、抗粘著。
封嚴(yán)技術(shù)中所使用的復(fù)合粉末依使用溫度不同而多種多樣，可分為中低溫涂 層、中溫涂層和高溫涂層。低溫涂層使用溫度小于400°C,主要可磨耗的有效成 分是聚本脂或低硬度合金，如鋁硅/聚本脂(工作溫度小于35(TC)，銀銅(工作 溫度在400。C以下)。中溫涂層的使用溫度為400~550°C,主要可磨耗的有效成分 是石墨或六方氮化硼等，如鎳包石墨(工作溫度在40(TC以下)。高溫涂層使用 溫度550 700。C，主要的可磨耗成分是硅藻土和膨潤(rùn)土，如鎳/膨潤(rùn)土 (工作溫度 為700°C)。但是現(xiàn)有技術(shù)中鎳絡(luò)鋁鎳石墨復(fù)合粉末制備過程只是簡(jiǎn)單的物理機(jī) 械混合，在噴涂過程中成分存在比較大的偏差，而且制備的鎳鉻鋁/鎳石墨涂層硬 度偏高，容易損傷對(duì)磨件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種鎳鉻鋁鎳石墨復(fù)合粉末材 料及制備方法。該鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法優(yōu)化了鎳鉻鋁與鎳石墨的化 學(xué)成分，改善了涂層的硬度、結(jié)合強(qiáng)度，增強(qiáng)了可磨耗性能。
本發(fā)明為解決上述問題設(shè)計(jì)了一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料。它的特征在于所 述鎳鉻鋁鎳石墨復(fù)合粉末由以下組分(按重量)組成Ni: 60~80%， Cr: 5~20%， Al:
0~15%， C為余量。
所述鎳、碳元素以鎳包石墨復(fù)合粉末方式加入，其中鎳含量40~85%, C: 15~60%。
本發(fā)明還公開了鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，所述方法包括以下 步驟-
(1)鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料的制備在攪拌設(shè)備中加入鎳鉻合金粉末進(jìn)行 攪拌，同時(shí)加入總原料重量1 5%的粘結(jié)劑；粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉充分潤(rùn)濕后，加 入粒度為l 30nm的超微細(xì)鋁粉，再進(jìn)行均勻攪拌，停機(jī)出料，在自然條件下干燥； (2)將步驟(1)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料與鎳包石墨復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械 混合，制備得到鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末；所述鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料在鎳鉻鋁/ 鎳石墨復(fù)合粉末中的比例在50~75%。
本發(fā)明還公開了另一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，所述方法包 括以下步驟
(1) 鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料的制備在攪拌設(shè)備中加入鎳鉻合金粉末進(jìn)行攪 拌，同時(shí)加入總原料重量1~5%的粘結(jié)劑；粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉充分潤(rùn)濕后，加入 粒度為1 3(Him的超微細(xì)鋁粉，再進(jìn)行均勻攪拌，停機(jī)出料，在自然條件下干燥；
(2) 鋁/鎳石墨復(fù)合粉末中間料的制備按比例將Ni與C元素以鎳石墨復(fù)合 粉末的方式加入，與總原料重量1~5%的粘結(jié)劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，制備出鎳石墨粉?中間料，再與粘結(jié)劑進(jìn)行充分混合，然后加入按鎳包石墨復(fù)合粉末重量1~5 %的 45-106!iun的超微細(xì)鋁粉，充分?jǐn)嚢柚苽涑鲣X/鎳石墨復(fù)合粉末中間料
(3) 將歩驟(1)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料與步驟(2)制備的鎳石墨復(fù) 合粉末中間料進(jìn)行機(jī)械混合，制備得到鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末；所述鎳鉻鋁復(fù)合 粉末中間料在鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末中的比例在50~75%。
本發(fā)明的有益效果是鎳鉻鋁/鎳石墨封嚴(yán)涂層材料復(fù)合粉末材料具有噴涂加 工過程工藝性好，涂層具有優(yōu)越的結(jié)合強(qiáng)度、良好的可磨密封特性特點(diǎn)，主要應(yīng) 用在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部件上。鎳鉻鋁/鎳石墨粉末中存在著鎳、鋁，而且由于鎳鋁 在噴涂過程中放熱反應(yīng)增強(qiáng)涂層結(jié)合強(qiáng)度，為新型封嚴(yán)涂層材料開辟了新的途徑。


圖1微細(xì)鋁粉形貌(6000X);
圖2鎳鉻鋁復(fù)合粉末顆粒形貌(100X);
圖3鎳包石墨粉末顆粒形貌(120X)。
圖4鎳鉻鋁/鎳石墨粉末形貌(100X)。 以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明鎳絡(luò)鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，主要步驟如下-(1)鎳鉻鋁復(fù)合粉末的制備在攪拌設(shè)備中加入鎳鉻合金粉末(Ni含量為 80%)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入粘結(jié)劑。粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉充分潤(rùn)濕后，加入超 細(xì)鋁粉(粒度為1 3(Him)(微細(xì)鋁粉形貌如圖l所示)，再進(jìn)行均勻攪拌，充分 攪拌后干燥制得鎳鉻鋁復(fù)合粉末。鎳鉻鋁復(fù)合粉末以純金屬、合金或包覆型粉末 的方式加入。鎳鉻鋁復(fù)合粉末以鋁粉包覆的鎳鉻合金粉末經(jīng)過機(jī)械混合包覆制取， 或以鋁粉包覆的鎳包鉻粉末經(jīng)機(jī)械混合團(tuán)聚制取。鎳鉻鋁復(fù)合粉末顆粒形貌如圖 2所示。
(2) 按比例將Ni與C元素以鎳包石墨復(fù)合粉末的方式加入，與粘結(jié)劑進(jìn)行充 分?jǐn)嚢?，制備出鎳石墨粉末中間料。也可以在Ni與C復(fù)合粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合后， 再加入鋁粉，充分?jǐn)嚢韬笾苽涑鲦嚢勰┲虚g料。鎳包石墨粉末顆粒形貌如 圖3所示。
(3) 將上述步驟(1)和(2)得到的鎳鉻鋁復(fù)合粉末與鎳包石墨粉末中間 料，通過機(jī)械混合制取鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料。鎳鉻鋁/鎳石墨粉末形貌如圖 4所示。
所述粘接劑由有機(jī)膠和揮發(fā)性有機(jī)溶劑配制。其中有機(jī)膠是聚氨酯、聚氯
乙烯或聚乙烯醇等中的一種或兩種及兩種以上的混合物；揮發(fā)性的溶劑為丙酮、
甲基乙基酮或二甲苯等中的一種。 實(shí)施例l
(1) 鎳鉻鋁復(fù)合粉末的制備在攪拌設(shè)備中加入12kg鎳鉻合金粉末(Ni含
量為80%)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)加入4kg粘結(jié)劑((聚氨酯與丙酮按照1:2比例調(diào) 制)。粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉充分潤(rùn)濕后，加入采用PVD制備的超細(xì)鋁粉650g，再 進(jìn)行均勻攪拌。充分?jǐn)嚢韬?，待溶劑丙酮充分揮發(fā)后，停機(jī)出料，在自然條件下 干燥13小時(shí)。
(2) 鎳鉻鋁鎳石墨復(fù)合粉末的制備將約10kg的鎳包石墨復(fù)合粉末與鎳鉻 鋁復(fù)合粉末進(jìn)行混合，制備得到鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末。
實(shí)施例2
(1)鎳鉻鋁復(fù)合粉末的制備在攪拌設(shè)備中加入12kg鎳包鉻復(fù)合粉末進(jìn)行攪
拌，攪拌時(shí)加入粘結(jié)劑(濃度為10%的聚乙烯醇膠液)3kg，粘結(jié)劑與鎳鉻復(fù)合粉 充分潤(rùn)濕后，加入采用物理氣相沉積法制備的超細(xì)鋁粉650g (粒度為l~30|am)，
再進(jìn)行均勻攪拌。充分?jǐn)嚢韬?，待溶劑丙酮充分揮發(fā)后，停機(jī)出料，在自然條件 下干燥13小時(shí)。
(2) 鎳石墨復(fù)合粉末中間料的制備將約10kg的鎳包石墨復(fù)合粉末與上述
1.5kg粘結(jié)劑進(jìn)行充分混合，然后加入300g的超細(xì)鋁粉(粒度為l~30|im)，充分
攪拌制備出鋁/鎳石墨復(fù)合粉末。
(3) 鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末的制備將鋁/鎳石墨與鎳鉻鋁復(fù)合粉按照一定比
例(鎳鉻鋁在鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉中的比例在50~75%之間)進(jìn)行混合，制備得 到鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末。
權(quán)利要求
1、一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料，其特征在于所述鎳鉻鋁鎳石墨復(fù)合粉末由以下組分(按重量)組成Ni60～80％，Cr5～20％，Al0～15％，C為余量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料，其特征在于所述 鎳、碳元素以鎳包石墨復(fù)合粉末方式加入，其中鎳含量40~85%， C: 15~60%。
3、 一種權(quán)利要求l所述的鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料的制備在攪拌設(shè)備中加入鎳鉻合金粉末進(jìn)行攪拌，同時(shí)加入總原料重量1~5%的粘結(jié)劑；粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉充分潤(rùn)濕后，加 入粒度為l 3(Him的超微細(xì)鋁粉，再進(jìn)行均勻攪拌，停機(jī)出料，在自然條件下干燥；(2)將步驟(1)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料與鎳包石墨復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械 混合，制備得到鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末；所述鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料在鎳鉻鋁/ 鎳石墨復(fù)合粉末中的比例在50 75%。
4、 一種權(quán)利要求l所述的鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1) 鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料的制備在攪拌設(shè)備中加入鎳鉻合金粉末進(jìn)行攪 拌，同時(shí)加入總原料重量1~5%的粘結(jié)劑；粘結(jié)劑與鎳鉻合金粉充分潤(rùn)濕后，加入 粒度為1 3(Him的超微細(xì)鋁粉，再進(jìn)行均勻攪拌，停機(jī)出料，在自然條件下干燥；(2) 鋁/鎳石墨復(fù)合粉末中間料的制備按比例將Ni與C元素以鎳石墨復(fù)合 粉末的方式加入，與總原料重量1~5%的粘結(jié)劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁苽涑鲦囀勰?中間料，再與粘結(jié)劑進(jìn)行充分混合，然后加入按鎳包石墨復(fù)合粉末重量1~5 %的 45-106^un的超微細(xì)鋁粉，充分?jǐn)嚢柚苽涑鲣X/鎳石墨復(fù)合粉末中間料(3) 將歩驟(1)制備的鎳鉻鋁復(fù)合粉末中間料與步驟(2)制備的鎳石墨復(fù) 合粉末中間料進(jìn)行機(jī)械混合，制備得到鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末；所述鎳鉻鋁復(fù)合 粉末中間料在鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末中的比例在50 75%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述鎳鉻鋁復(fù)合粉末以純金屬、合金或包覆型粉末的方式加入。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特 征在于所述鎳鉻鋁復(fù)合粉末以鋁粉包覆的鎳鉻合金粉末經(jīng)過機(jī)械混合包覆制取， 或以鋁粉包覆的鎳包鉻粉末經(jīng)機(jī)械混合團(tuán)聚制取。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鎳絡(luò)鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于所述粘接劑由有機(jī)膠和揮發(fā)性有機(jī)溶劑配制；所述有機(jī)膠是聚氨酯、聚 氯乙烯或聚乙烯醇中的一種或兩種及兩種以上的混合物；所述有機(jī)溶劑為丙酮、 甲基乙基酮或二甲苯中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎳鉻鋁/鎳石墨復(fù)合粉末材料及制備方法，其特征在于鎳鉻鋁鎳石墨復(fù)合粉末含Ni60～80％，Cr5～20％，Al0～15％，C為余量。鎳鉻鋁/鎳石墨封嚴(yán)涂層材料復(fù)合粉末材料優(yōu)化了鎳鉻鋁與鎳石墨的化學(xué)成分，改善了涂層的硬度、結(jié)合強(qiáng)度，增強(qiáng)了可磨耗性能。具有噴涂加工過程工藝性好，涂層具有優(yōu)越的結(jié)合強(qiáng)度、良好的可磨密封特性特點(diǎn)，主要應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部件上。
文檔編號(hào)C23C4/06GK101177772SQ20071015085
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者于月光, 任先京, 瑜 康, 許根國 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院