：本發(fā)明屬于涂層材料，具體涉及一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、半個多世紀以來，可磨耗封嚴涂層一直用于燃氣渦輪機的增壓級和渦輪機級，以減小旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間的間隙，為保護葉片，減少燃料消耗和溫室氣體排放做出了重大貢獻。

2、隨著未來航空發(fā)動機進氣溫度的提高，sic/sic，c/sic等陶瓷基復(fù)合材料將取代渦輪機應(yīng)用中現(xiàn)有的高溫合金部件。盡管陶瓷基復(fù)合材料展現(xiàn)出巨大潛力，但目前還缺乏一種能與之相匹配的封嚴涂層。現(xiàn)有的高溫封嚴涂層存在高摩擦系數(shù)，高磨損率等問題，葉片在高壓高速摩擦、高溫度梯度、強振動沖擊、低潤滑強氧化等極端工作條件下，極易與涂層產(chǎn)生嚴重磨損。因此，急需開發(fā)一種高可靠性、長壽命、低摩擦系數(shù)、低磨損率的陶瓷基復(fù)合材料專用封嚴涂層，以降低涂層表面的摩擦，減緩葉片和渦輪外環(huán)主體部分的磨損，延長發(fā)動機使用年限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層及其制備方法。該陶瓷基可磨耗封嚴涂層，以si為粘結(jié)層，7ysz（7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2）復(fù)合涂層為表面涂層，具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率，有望減小發(fā)動機葉片與渦輪外環(huán)在服役過程中因相互摩擦導(dǎo)致的機械損傷，增強涂層的性能效益并延長使用壽命。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層，所述減摩耐磨封嚴涂層由粘附在陶瓷基體層上的過渡層和7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層組成。

4、作為本發(fā)明的進一步說明，所述陶瓷基體層為c/sic復(fù)合材料層；和/或所述過渡層為純si過渡層。

5、作為本發(fā)明的進一步說明，所述7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層由以下質(zhì)量百分含量的原料成分組成：7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2?40%-45%、caf2?35%-40%、mo?6%-12%、ag?8%-14%。

6、本發(fā)明第二方面提供一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，包括如下步驟：

7、步驟1：選用7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2、caf2、mo及ag粉末作為原材料，按照原材料質(zhì)量比分別為7wt%?y2o3?穩(wěn)定zro2?40%-45%、caf2?35%-40%、mo?6%-12%及ag?8%-14%進行球磨混合；

8、步驟2：將步驟1得到的粉末與純si粉末進行烘干處理，將c/sic復(fù)合材料表面進行預(yù)處理；

9、步驟3：采用純si粉末在c/sic復(fù)合材料基體表面制備純si過渡層，采用步驟1得到的混合粉末在純si過渡層表面制備7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層。

10、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟1中原材料的粉末粒徑均為40-150μm，球磨參數(shù)為轉(zhuǎn)速150-200hz，球磨時間0.5-1h，球料比5：1。

11、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟2中c/sic復(fù)合材料表面的預(yù)處理過程，包括：

12、將c/sic基體使用金剛石磨盤對其表面打磨，并對邊緣進行倒角處理，最后超聲清洗，烘干。

13、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟3中純si過渡層和7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層均采用超音速等離子噴涂的方法制備得到。

14、作為本發(fā)明的進一步說明，純si過渡層所用噴涂參數(shù)為：噴涂功率30-35kw，進粉速率1r/min，噴涂距離10cm，保護氣為氬氣、流量為6l/min，壓力1.05mpa。

15、作為本發(fā)明的進一步說明，7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層所用噴涂參數(shù)為：噴涂功率40-45kw，進粉速率2r/min，噴涂距離10cm，保護氣為氬氣、流量為6l/min，壓力1.05mpa。

16、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟3制備得到的純si過渡層厚度為180-200μm，自潤滑層厚度為400-500μm。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

18、本發(fā)明提供的陶瓷基復(fù)合涂層由基體相7ysz與多種固體潤滑相組成，內(nèi)部沒有孔洞及裂紋等明顯缺陷，并且復(fù)合涂層與基體結(jié)合較緊密。通過測試得出該涂層在高溫下具有良好的摩擦磨損性能，可以避免涂層與葉片之間的嚴重摩擦損傷，有效保護葉片并延長使用期限。

技術(shù)特征：

1.一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層，其特征在于，所述減摩耐磨封嚴涂層由粘附在陶瓷基體層上的過渡層和7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層組成。

2.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層，其特征在于，所述陶瓷基體層為c/sic復(fù)合材料層；和/或所述過渡層為純si過渡層。

3.?如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層，其特征在于，所述7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層由以下質(zhì)量百分含量的原料成分組成：7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2?40%-45%、caf2?35%-40%、mo?6%-12%、ag?8%-14%。

4.一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，步驟1中原材料的粉末粒徑均為40-150μm，球磨參數(shù)為轉(zhuǎn)速150-200hz，球磨時間0.5-1h，球料比5：1。

6.如權(quán)利要求4所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，步驟2中c/sic復(fù)合材料表面的預(yù)處理過程，包括：

7.如權(quán)利要求4所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，步驟3中純si過渡層和7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層均采用超音速等離子噴涂的方法制備得到。

8.如權(quán)利要求7所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，純si過渡層所用噴涂參數(shù)為：噴涂功率30-35kw，進粉速率1r/min，噴涂距離10cm，保護氣為氬氣、流量為6l/min，壓力1.05mpa。

9.如權(quán)利要求7所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，7wt%?y2o3穩(wěn)定zro2基自潤滑層所用噴涂參數(shù)為：噴涂功率40-45kw，進粉速率2r/min，噴涂距離10cm，保護氣為氬氣、流量為6l/min，壓力1.05mpa。

10.如權(quán)利要求4所述的用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層的制備方法，其特征在于，步驟3制備得到的純si過渡層厚度為180-200μm，自潤滑層厚度為400-500μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于陶瓷基復(fù)合材料的減摩耐磨封嚴涂層及其制備方法，該封嚴涂層由粘附在陶瓷基體層上的過渡層和7wt%?Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;穩(wěn)定ZrO<subgt;2</subgt;基自潤滑層組成。其制備方法包括：選用7wt%?Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;穩(wěn)定ZrO<subgt;2</subgt;、CaF<subgt;2</subgt;、Mo及Ag粉末作為原材料，按照原材料質(zhì)量比分別為7wt%?Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3?</subgt;穩(wěn)定ZrO<subgt;2?</subgt;40%?45%、CaF<subgt;2?</subgt;35%?40%、Mo?6%?12%及Ag?8%?14%進行球磨混合；將步驟1得到的粉末與純Si粉末進行烘干處理，將C/SiC復(fù)合材料表面進行預(yù)處理；采用純Si粉末在C/SiC復(fù)合材料基體表面制備純Si過渡層，采用步驟1得到的混合粉末在純Si過渡層表面制備7wt%?Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;穩(wěn)定ZrO<subgt;2</subgt;基自潤滑層。本發(fā)明所設(shè)計的涂層無明顯孔洞裂紋等缺陷，且具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，有望解決發(fā)動機葉片與渦輪外環(huán)上的可磨耗封嚴涂層之間的接觸問題。

技術(shù)研發(fā)人員：花珂,王小麗,王壹,吳紅星,王海豐
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6