[發明專利]一種高溫耐磨自潤滑涂層用復合粉體的制備方法

有效

• 申請號: 200810224310.6
• 申請日: 2008-10-16
• 公開（公告）號: CN101724803A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 戴赫;汪禮敏;張景懷;王林山;楊中元;李學鋒;林鋒
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研粉末新材料(北京)有限公司
• 主分類號: C23C4/04
• 分類號: C23C4/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉林

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，特別涉及一種高溫耐磨自潤滑涂層用復合粉體的制備方法。

背景技術

在現代發展的新型的艦載燃機中，迫切需要大推動力、低油耗、高效率的高性能航空發動機和燃氣機。研制高性能航空發動機是十分迫切的，其中提高工作效率在航空發動機和燃氣輪機的設計和制造中是非常關鍵的，目前較好的密封方式是采用刷式密封提高壓氣機的工作效率。由于采用過盈配合，要求與刷絲摩擦的跑道具有與基體結合強度高、耐高溫(700℃以下)、耐腐蝕(海洋環境腐蝕)、抗磨損、抗沖刷性、高溫自潤滑性等性能。

目前國內在航空工業廣泛使用的耐磨涂層有WC/Co、CoMoCrSi、NiCrBSi、CoCrW、Al₂O₃·TiO₂、NiCr-Cr₃C₂等，在以上涂層材料中，只有Al₂O₃·TiO₂、NiCr-Cr₃C₂兩種涂層可以滿足700℃的使用溫度、耐海洋環境腐蝕和抗磨損的要求。但Al₂O₃·TiO₂與基體材料的結合強度低，無法滿足設計要求。NiCr-Cr₃C₂雖然與基體材料的結合強度可以滿足設計要求，但缺乏高溫自潤滑性能。國內無定型產品，因此急需研制一種高溫耐磨自潤滑涂層材料，滿足新型號艦載燃機發動機設計需要。

目前俄羅斯、美國等國研制出以CaF₂、BaF₂等為潤滑相，制備出800℃以下使用的耐磨自潤滑性能涂層材料，成功應用于航空發動機。但其粉末禁止出售，粉體制備工藝和噴涂工藝處于保密。

粉末噴涂方法主要有等離子噴涂、超音速火焰噴涂(HVOF)、爆炸噴涂等。目前國內外對于NiCr-Cr₃C₂基粉末噴涂大部分采用HVOF(即超音速火焰噴涂)。主要是其火焰速度快(2000m/s)、溫度相對較低(3000℃)、在噴涂過程中能有效的抑制碳化物等耐磨相的分解、減少低熔點氟化物等潤滑相的揮發，可獲得結合強度高、致密的涂層。

目前NiCr-Cr₃C₂復合粉末的制備工藝主要有混合法、包覆法兩種。混合法是將NiCr合金粉末(或Ni、Cr元素粉)、Cr₃C₂粉等各種原始粉末濕磨均勻進行制漿，然后噴霧干燥造粒。采用該法制備NiCr-Cr₃C₂-BaF₂/CaF₂團聚粉末在成分上均勻，但在粉末噴涂過程中Cr₃C₂在高溫下易脫碳分解，BaF₂和CaF₂熔沸點較低，會產生大量揮發，導致涂層性能不一致，很難保證涂層中硬質相和潤滑相的均勻分布及一致性，直接影響涂層的耐磨、潤滑性能及使用壽命。包覆法有團聚-燒結破碎、高壓氫還原、熱擴散等方法。團聚-燒結破碎方法是將混合法或噴霧造粒的混合粉體進行燒結，制備的包覆粉很難包覆完整，對涂層性能的一致性有影響。高壓氫還原-熱擴散工藝，在粉體表面采用高壓氫還原包覆Ni層，然后Cr擴散處理制備出合金包覆完整的復合粉體，這種包覆粉體在噴涂過程中抑制Cr₃C₂高溫下脫碳分解、BaF₂和CaF₂的揮發，保持粉末中耐磨相和潤滑相的分布狀態、含量，有利于涂層的耐磨、潤滑性能均勻一致性。

綜上所述，采用高壓氫還原-活化熱擴散技術制備NiCr-Cr₃C₂-BaF₂/CaF₂包覆型復合粉體，然后用HVOF工藝噴涂制備高溫耐磨自潤滑涂層，是一種高性能、較理想的涂層制備工藝。目前，尚沒有關于高溫耐磨自潤滑涂層粉末材料的研究和專利報道。

發明內容

(1)將BaF₂和CaF₂粉體按照重量比為(30∶70)～(34∶66)的比例混合，在潔凈的石墨坩鍋內熔化，冷卻，成塊狀共晶體，將塊狀共晶體粉碎、球磨制備成1～2μm的粉體；