團聚型銅鋁鎳石墨封嚴復合粉末材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種團聚型銅鋁鎳石墨封嚴復合粉末材料。它由以下組分（按重量）組成：Cu：45～76%，Al：1.5～8%，Ni：10～37.5%，F(xiàn)e：≤1.6%，C為余量。其制備方法包括以下步驟：首先制備銅鋁合金粉末中間料，后制備鎳包石墨粉末中間料，最后將上述銅鋁合金粉末與鎳包石墨粉末中間料，通過團聚粘合工藝制取銅鋁鎳石墨復合粉末材料。本發(fā)明制取的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末具有成分均勻、噴涂適應性好的特點，采用火焰噴涂工藝制備的團聚型銅鋁鎳石墨涂層結(jié)合強度更高，可磨耗和熱穩(wěn)定性能更加優(yōu)異，應用在發(fā)動機的壓氣機部件上可以取得很好的密封效果，此涂層的工作溫度小于550℃。
【專利說明】團聚型銅鋁鎳石墨封嚴復合粉末材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱噴涂用可磨耗間隙控制涂層及其材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是這種涂層的應用溫度最高可達550°c的一種團聚型可磨耗封嚴復合粉末材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空工業(yè)的日益發(fā)展，對航空發(fā)動機提出了越來越高的要求。目前，減小壓氣機、渦輪機葉尖與機匣之間間隙的氣路封嚴技術(shù)就成為了提高發(fā)動機性能的主要方法。據(jù)資料報道，在一臺高壓渦輪機內(nèi)，間隙每減少0.13~0.25mm,油耗就能減少0.5~1.0%，發(fā)動機的效率就能提高2%左右。在發(fā)動機的和運行過程中，實際上無法使間隙控制為零，因此航空發(fā)動機設計和制造時在葉尖與機匣之間要預留2~3_的間隙。過大的間隙必將使氣體大量泄漏，導致發(fā)動機效率降低，而封嚴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)。封嚴涂層主要應用于航空發(fā)動機封嚴圈、盤(與蜂窩或可刮削涂層配合)，具有動態(tài)密封作用，可提高發(fā)動機的功率和效率。
[0003]銅鋁鎳石墨復合封嚴涂層，工作溫度不大于550°C，主要用于航空發(fā)動機高壓壓氣機機匣部位封嚴，在工作條件下具有良好的可磨密封特性?！鞍宋濉逼陂g，我國在銅鋁鎳石墨復合涂層材料的研制及試生產(chǎn)過程中取得了一定的成功。盡管如此，原研制的銅鋁鎳石墨粉末仍在滿足噴涂工藝及涂層組織性能的進一步要求方面暴露出不足。這主要體現(xiàn)在:原研制的銅鋁鎳石墨粉末采用的鎳包石墨粉末石墨含量較低，包覆不完整，可磨耗組分偏低，硬度偏高，采用的銅鋁復合粉超細鋁粉表面活性高，粉末氧化物雜質(zhì)含量多，涂層內(nèi)部及涂層與基體的結(jié)合性能不足， 采用簡單的機械混合方法制備，粉末成分不均勻，噴涂工藝的適應性不足，涂層組織不均勻，易產(chǎn)生局部掉塊等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種成分均勻、流動性好的熱噴涂用團聚型銅鋁鎳石墨封嚴復合粉末材料及制備方法，該涂層具有組織均勻、結(jié)合強度高、抗沖蝕性能、可磨耗性能和熱穩(wěn)定性能優(yōu)異的特點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0006]一種團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述粉末是銅鋁合金粉和鎳包石墨復合粉通過團聚工藝獲得的復合粉末，按重量計各組分含量為:Cu:45~76%, Al:
1.5 ~8%, N1: 10 ~37.5%, Fe:≤ 1.6%, C 為余量。
[0007]在一些實施方案中，所述的銅鋁合金粉末通過粘結(jié)劑與鎳包石墨粉末形成均勻團聚顆粒。
[0008]在一些實施方案中，通過粘接劑形成團聚顆粒時，所述銅鋁合金粉末占50~80wt%,粘接劑占I~5wt%,其余為鎳包石墨。
[0009]在一些實施方案中，所述團聚顆粒粉末為篩分去除粒徑大于80~120目和粒徑小于300~360目后的產(chǎn)物。[0010]在一些實施方案中，所述粘結(jié)劑，由醇酸清漆、丙酮組成，重量比為2~5: 8~12。
[0011]在一些實施方案中，所述銅、鋁、鐵元素以銅鋁合金粉末方式加入。
[0012]在一些實施方案中，所述銅鋁合金粉末，通過真空霧化工藝制取，并增加了微量元素鐵，有明顯的細化晶粒增加β相穩(wěn)定性，合金粉末呈球形，銅含量為90~95%，鐵含量≤2%，氧含量≤0.045wt%，其余的為Al和附帶的雜質(zhì)，粒徑25~75 μ m。
[0013]在一些實施方案中，所述鎳、碳元素以鎳包石墨復合粉末方式加入。
[0014]在一些實施方案中，所述鎳包石墨復合粉末，通過水熱氫還原或化學鍍方法制取，由石墨核心和Ni殼組成，其中鎳含量為50~75wt%。
[0015]本發(fā)明的另一目的是提供一種團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0016](1)在真空感應熔煉爐中加入銅板、鋁錠和鐵劑，通過真空霧化或惰性氣體霧化工藝制取銅鋁合金粉末；
[0017](2)通過水熱氫還原法或化學鍍法制取鎳包石墨粉末；
[0018](3)在攪拌設備中加入銅鋁合金粉末和鎳包石墨粉末進行攪拌，待攪拌均勻后加入總原料重量I~5%的粘結(jié)劑，繼續(xù)進行均勻攪拌至粉末成粒，然后使粉末干燥，進行篩分得到團聚型銅鋁鎳石墨粉末。
[0019]可磨耗封嚴涂層材料需要在涂層結(jié)合性能和可磨耗性能之間平衡，涂層結(jié)合性能過低容易發(fā)生涂層掉塊等不良現(xiàn)象，涂層結(jié)合性能過高容易導致涂層硬度高、可磨耗性能差。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過不懈努力，在原有銅鋁鎳石墨混合型復合粉末基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地在銅鋁合金粉中加入微量鐵元素，在不改變銅鋁合金的主要成分和性能前提下，形成明顯的細化晶粒，具有增加β相穩(wěn)定性的效果，可以提高涂層結(jié)合性能；在優(yōu)化銅鋁合金性能提高涂層結(jié)合性能基礎(chǔ)上，可以提供可磨耗組分石墨的含量，顯著提高可磨耗性能；將原混合型粉末優(yōu)化為團聚性粉末，可以改善粉末組分均勻性，避免儲存、運輸過程中導致成分偏析，還可以提高粉末流動性，進而改善熱噴涂工藝性。
[0020]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0021](1)通過制備含微量鐵元素的銅鋁合金粉，有明顯的細化晶粒，增加β相穩(wěn)定性的效果，以提高涂層的結(jié)合性能；
[0022](2)在添加含微量鐵元素優(yōu)化銅鋁合金粉性能，進而提高涂層結(jié)合性能基礎(chǔ)上，可以提聞鎮(zhèn)包石墨中石墨含量以提聞涂層的可磨耗性能；
[0023](3)在混合均勻的銅鋁合金粉末顆粒和鎳包石墨粉末顆粒之間部分或全部充滿粘結(jié)劑，形成成分均勻的銅鋁鎳石墨團聚型顆粒，提高了產(chǎn)品粉末成分均勻和流動性以及熱噴涂工藝性。
[0024]本發(fā)明與原銅鋁鎳石墨復合粉末相比，制取的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末具有成分均勻、噴涂適應性好的特點，采用火焰噴涂工藝制備的團聚型銅鋁鎳石墨涂層結(jié)合強度更高，可磨耗和熱穩(wěn)定性能更加優(yōu)異，應用在發(fā)動機的壓氣機部件上可以取得很好的密封效果。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]圖1為銅鋁合金粉末的形貌；
[0026]圖2為鎳包石墨復合粉末的形貌；
[0027]圖3為團聚型銅鋁鎳石墨粉末顆粒形貌；
[0028]圖4為火焰噴涂的團聚型銅鋁鎳石墨涂層的金相組織形貌；
[0029]圖5為火焰噴涂的原銅鋁鎳石墨涂層的金相組織形貌。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進一步說明。
[0031]取金屬原材料，放入真空霧化設備中，利用中頻感應加熱，待合金液均勻化后，利用氬氣或氮氣霧化，獲得銅鋁合金粉末，如圖1所示。
[0032]采用水熱氫還原方法制備鎳包石墨，如圖2所示。水熱氫還原是一種常規(guī)濕法冶金技術(shù)，典型工藝參數(shù)為:硫酸鎳、硫酸銨、氨水按比例配成反應溶液，溶液中鎳離子含量一般為40~70g/L，反應溫度為120~150°C，氫氣壓力為L O~5.0MPa，催化劑為PdCl2或蒽醌。
[0033]將銅鋁合金粉末和鎳包石墨粉末進行攪拌混合，待攪拌均勻后加入總原料重量I~5%的粘結(jié)劑，繼續(xù)進 行均勻攪拌至粉末成粒，將濕料過篩后烘干干燥，按照產(chǎn)品粒度要求篩分即得成品，如圖3所示。粒度要求一般為45~150 μ m。
[0034]將制得的復合粉末火焰噴涂，即可得到可磨耗封嚴涂層，涂層金相組織形貌如圖4所示。
[0035]將原銅鋁鎳石墨混合性粉末火焰噴涂，涂層金相組織形貌如圖5所示。對比圖4和圖5可以看出，本發(fā)明涂層均勻性明顯改善。
[0036]本發(fā)明所得的封嚴涂層工作溫度為550°C以下，結(jié)合強度≥5MPa，HR15Y硬度為40 ~70。
【權(quán)利要求】
1.一種團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述粉末是銅鋁合金粉和鎳包石墨的團聚顆粒粉末，按重量計各組分含量為:Cu:45~76%，Al:1.5~8%，Ni:10~37.5%, Fe:≤1.6%, C 為余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述銅、鋁、鐵元素以銅招合金粉末方式加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述鎳、碳元素以鎳包石墨復合粉末方式加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述的銅鋁合金粉末通過粘結(jié)劑與鎳包石墨粉末形成均勻團聚顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述銅鋁合金粉末，通過真空霧化工藝制取，并增加了微量元素鐵，有明顯的細化晶粒增加β相穩(wěn)定性，合金粉末呈球形，銅含量為90~95wt%，鐵含量< 2wt%，氧含量< 0.045wt%，其余的為Al和附帶的雜質(zhì)，粒徑25~75 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述鎳包石墨粉末，通過水熱氫還原或化學鍍方法制取，其中鎳含量為50~75wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，通過粘接劑形成團聚顆粒時，所述銅招合金粉末占50~80wt%,粘接劑占I~5wt%,其余為鎳包石墨。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑，由醇酸清漆、丙酮組成，重量比為2~5: 8~12。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料，其特征在于，所述團聚顆粒粉末為篩分去除粒徑大于80~120目和粒徑小于300~360目后的產(chǎn)物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述的團聚型銅鋁鎳石墨復合粉末材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在真空感應熔煉爐中加入銅板、鋁錠和鐵劑，通過真空霧化或惰性氣體霧化工藝制取銅鋁合金粉末； (2)通過水熱氫還原法或化學鍍法制取鎳包石墨粉末； (3)在攪拌設備中加入銅鋁合金粉末和鎳包石墨粉末進行攪拌，待攪拌均勻后加入總原料重量I~5%的粘結(jié)劑，繼續(xù)進行均勻攪拌至粉末成粒，然后使粉末干燥，進行篩分得到團聚型銅鋁鎳石墨粉末。
【文檔編號】B22F9/08GK103722170SQ201410000654
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月1日
【發(fā)明者】于月光, 章德銘, 楊永琦, 劉建明, 沈婕, 任先京, 程旭瑩 申請人:北京礦冶研究總院, 北礦新材科技有限公司