[發明專利]一種導電可磨耗封嚴涂層材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210244053.2
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114479531A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 崔永靜;王長亮;焦健;郭夢秋;宇波
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D5/24;C09D7/65;C09D7/61
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張淑華

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及一種導電可磨耗封嚴涂層材料及其制備方法。所述的導電可磨耗封嚴涂層材料包含稀土硅酸鹽、導電填料、潤滑相和聚酯組成，其中重量百分比為：稀土硅酸鹽60％～70％，導電填料20％～30％，潤滑相2.0％，聚酯：8.0％。采用固相燒結和機械混合的方法制備粉體材料，利用等離子噴涂工藝制備導電可磨耗封嚴涂層，通過電火花加工表面構型。本發明中的可磨耗封嚴涂層材料具有與陶瓷基復合材料基體界面匹配性好、抗水氧能力強和良好的導電性等優勢，采用電火花工藝對涂層表面進行結構造型，可以有效提升可磨耗封嚴涂層與轉子材料的刮擦匹配性。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及一種導電可磨耗封嚴涂層材料及其制備方法。

背景技術

碳化硅陶瓷基復合材料具有低密度、高比強、耐高溫、抗氧化、高韌性等優點，有望替代傳統Ni基合金或單晶Ni基合金作為航空發動機渦輪外環部件用結構材料。然而采用碳化硅陶瓷基復合材料制備的渦輪外環部件在高溫高速環境下易被轉子部件刮傷、擦傷和材料粘附，導致復合材料力學性能急劇下降，需要采用可磨耗封嚴涂層對復合材料基體進行防護。

常見的可磨耗封嚴涂層包含由硅/莫來石/鋇鍶鋁硅和硅/莫來石/稀土硅酸鹽兩種體系，采用等離子噴涂或者物理氣相沉積的方法制備。在航空發動機的工作環境下，為了提升轉子部件和渦輪外環件間的氣密性，通常需要在渦輪外環表面制備阻擋氣流泄露的封嚴槽，這就需要對渦輪外環表面的可磨耗封嚴涂層進行表面構型加工。由于可磨耗封嚴涂層是一種陶瓷涂層，本身脆性較大、熔點較高，傳統數銑加工可磨耗封嚴涂層存在涂層易開裂、剝落的難題，而采用激光的方法加工可磨耗封嚴涂層存在成本高、加工周期長的問題。電火花加工是通過放電使工件材料熔化、氣化而被去除，不受工件的脆性、內聚強度和韌性等機械性能的影響，可用于難切削材料的加工，電火花加工需要材料本身具有一定導電性，目前可磨耗封嚴涂層體系均為稀土氧化物，不具備導電性，無法滿足電火花加工要求。

總的來說，亟需開發一種加工周期短、成本低和涂層損傷小的加工方法，以滿足渦輪外環制件氣密性和刮擦匹配性的要求。

發明內容

為解決現有技術問題，本發明目的在于提供一種導電可磨耗封嚴涂層粉體材料及其制備方法，本發明中的可磨耗封嚴涂層采用固相燒結和機械混合的方法制備粉體材料，利用等離子噴涂工藝制備可磨耗封嚴涂層，該涂層具有與陶瓷基復合材料基體界面匹配性好、抗水氧能力強和良好的導電性等優勢，采用電火花工藝對涂層表面進行構型，可以有效提升可磨耗封嚴涂層與轉子材料的刮擦匹配性。

導電可磨耗封嚴涂層粉體材料包含稀土硅酸鹽、導電填料、潤滑相和聚酯組成。其中以稀土硅酸鹽作為骨架，在1500℃高溫條件下相穩定性優異；粉末材料中以小尺寸導電填料、潤滑相相和稀土硅酸鹽混合燒結造粒，形成的導電填料彌散分布與稀土硅酸鹽骨架間，同時導電填料具有良好的化學穩定性和較低的熱膨脹系數，有效提高了稀土硅酸鹽的導電性，進而改善涂層的電加工性能；粉末中以混合物形式添加大尺寸聚酯，保證粉末在噴涂過程中可以獲得較高的孔隙率，高溫下聚酯碳化形成無定型碳膜分布于涂層的層間結構和網狀裂紋中，同時改善可磨耗封嚴涂層的刮擦性能和導電性能。

為了實現上述目的，本發明提供了一種導電可磨耗封嚴涂層粉體材料及其制備方法，所述的導電可磨耗封嚴涂層粉體材料包含稀土硅酸鹽、導電填料、潤滑相和聚酯組成，其中重量百分比為：稀土硅酸鹽60％～70％，導電填料20％～30％，潤滑相相2.0％，聚酯：8.0％。采用固相燒結和機械混合的方法制備粉體材料，可磨耗封嚴涂層粉體材料的制備過程具體包括以下步驟：

料漿配制：將粒度10μm以下的稀土硅酸鹽粉末、2μm以下的導電填料和潤滑相粉末按比例混合，按粉體體積含量30％至38％加入去離子水進行球磨處理，加入粉體總重量0.5％燒結助劑和1.0％的分散劑，球磨時間4-24h，得到陶瓷漿料；

噴霧造粒：將球磨好的料將取出后在噴霧造粒塔內干燥制成團聚球形粉末，粉末粒徑為45-120μm。