一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺

摘要

一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺，准备待喷涂件，用丙酮除油污，然后进行白刚玉吹砂处理，最后进行超音速火焰喷涂；待喷涂件被吹砂后的表面应均匀粗糙、无金属光泽，经吹砂粗化后，在待喷涂件上喷涂厚度为300～400μm的涂层，具体工艺为：喷涂距离340～360mm，送粉速率30～40克/分钟，氧气流量1750～1800升/小时，氧气压力131±10磅/平方英寸，煤油流量5.3～5.5加仑/小时，煤油压力113±15磅/平方英寸。本发明的优点：应用超音速火焰喷涂含氟化物的碳化铬/镍铬粉末，可获得适用于刷式封严的高温自润滑耐磨涂层。高温自润滑耐磨涂层具有良好的力学性能，涂层为层状结构，孔隙率低，结构致密。

说明书

技术领域

本发明涉及高速喷涂技术领域，特别提供了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺。

背景技术

发动机内流系统的密封技术是改善发动机性能的重要途径。在发动机上设计有多处密封装置，比如轴承、压气机、涡轮的定子和转子之间、压气机和涡轮叶片间以及内部冷却通道等。传统的篦齿封严的大泄漏率使发动机性能不断下降，耗油率不断增大，而刷式密封是一种能显著减少航空发动机二次流路气体泄漏的新型密封装置。能适应转子的瞬态径向变形或偏心运动，且不显著地增大泄漏率。此外，刷密封的刷丝与转子轴形成柔性接触提供阻尼，可改善转子系统的振动特性，是沿用多年的篦齿密封的最简单、最实用、最有效的换代产品。

为保证刷密封在寿命期内泄漏特性基本不变，刷式密封在初始工作时刷丝与跑道表面是过盈配合，刷丝与与跑道表面的接触摩擦导致刷式密封性能下降，甚至破坏密封的结构完整性。为了提高密封性能，在跑道表面涂覆有含自润滑材料的耐磨涂层，以防止工作时密封刷划伤轴颈，同时可减少密封刷毛的摩擦损耗。碳化铬/镍铬材料具有优异的抗高温氧化性和高温硬度，常被用于对结合强度和耐磨抗性要求较高的涂层。但是在实际的工作环境中，由于其具有较高的硬度，对摩擦副产生了较严重的摩擦磨损。

发明内容

本发明的目的是为了达到刷式密封跑道对结合强度和耐磨抗性的要求，提供了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺。

本发明提供了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺具体喷涂工序为，准备待喷涂件，对待喷涂件用丙酮除油污，然后进行白刚玉吹砂处理，最后进行超音速火焰喷涂；

其中：待喷涂件被吹砂后的表面应均匀粗糙、无金属光泽，经吹砂粗化后，在待喷涂件上喷涂厚度为300～400μm的涂层，超音速火焰喷涂工艺参数具体为：喷涂距离340～360mm，送粉速率30～40克/分钟，氧气流量1750～1800升/小时，氧气压力131±10磅/平方英寸，煤油流量5.3～5.5加仑/小时，煤油压力113±15磅/平方英寸。

所述的喷涂粉末由北京有色金属研究院提供，具体成分及质量百分含量如下：Cr₃C₂占53～57％，NiCr占34～37％，CaF₂、BaF₂为余量；含氟化物的镍铬/碳化铬粉末的性能要求如下：流动性＜110s/50g，粒度在-200～+270目≤5.0％、-270～+325目≤25.0％、-325≥70.0％的范围内。

所述的待喷涂件的基体材料采用钢铁或者高温合金。

涂层结合强度范围为43MPa～47.6Mpa。

所述的超音速火焰喷涂特点为，火焰速度1500m/s～2000m/s、温度2900～3100℃。

超音速火焰喷涂是一种高速火焰喷涂技术，以其火焰速度高、温度低的特点，特别有利于喷涂金属陶瓷涂层。高的粒子速度有利于获得高的涂层致密性和良好的结合强度，而低的火焰温度可有效抑制或减少碳化物等硬质相在喷涂过程中的分解，使制备的涂层保持了金属陶瓷原有良好耐磨性的组织结构。HVOF喷涂金属陶瓷涂层，尤其是WC-Co、Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷涂层以其优越的耐磨料磨损、冲蚀磨损、滑动磨损等性能可使零件寿命延长2～10倍，在工业领域获得广泛应用。

碳化铬/镍铬材料具有优异的抗高温氧化性和高温硬度，常被用于对结合强度和耐磨抗性要求较高的涂层。但是在实际的工作环境中，由于其具有较高的硬度，对摩擦副产生了较严重的摩擦磨损。在涂层中加入氟化钙和氟化钡等润滑剂，可以降低涂层的摩擦系数，提高耐磨性。

采用Leica金相显微镜观察超音速喷涂碳化铬/镍铬涂层的显微结构。在超音速喷涂过程中，高的粒子速度使粉末与基体碰撞后，能形成孔隙率小的致密涂层，涂层与涂层之间呈相互交错堆叠。

采用国产液压式万能试验机验进行高温自润滑涂层的结合强度测试，结合强度测试参照GBT8642-88《金属热喷涂层结合强度的测定》进行。

测得的涂层结合强度范围为43MPa～47.6MPa。

涂层的硬度是涂层非常重要的力学性能指标，关系到涂层的耐磨性、强度及涂层使用寿命等多种功能。

宏观硬度采用HR15N，在结合强度试片上进行试验，在整个涂层面上平均采取10点取其算术平均值，显微硬度检测在金相试样上进行，加载300g计量。试验检测结果为：HR15N值为86～90之间，HV0.3为631～661之间。

氧气流量为1750～1800 SCFH，煤油流量为5.3～5.5gph范围为最佳工艺参数范围，涂层组织比较均匀致密，孔隙率低，力学性能合格。

本发明的优点：

应用超音速火焰喷涂含氟化物的碳化铬/镍铬粉末，可获得适用于刷式封严的高温自润滑耐磨涂层。高温自润滑耐磨涂层具有良好的力学性能，涂层为层状结构，孔隙率低，结构致密。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为超音速火焰喷涂自润滑涂层的显微组织视图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺具体喷涂工序为，准备待喷涂件，对待喷涂件用丙酮除油污，然后进行白刚玉吹砂处理，最后进行超音速火焰喷涂；

其中：待喷涂件被吹砂后的表面均匀、无金属光泽，经吹砂粗化后，在待喷涂件上喷涂厚度为300μm的涂层，超音速火焰喷涂工艺参数具体为：喷涂距离340mm，送粉速率30克/分钟，氧气流量1750升/小时，氧气压力121磅/平方英寸，煤油流量5.3加仑/小时，煤油压力98磅/平方英寸。

所述的喷涂粉末由北京有色金属研究院提供，具体成分及质量百分含量如下：Cr₃C₂占53～57％，NiCr占34～37％，CaF₂、BaF₂为余量；含氟化物的镍铬/碳化铬粉末的性能要求如下：流动性＜110s/50g，粒度在-200～+270目≤5.0％、-270～+325目≤25.0％、-325≥70.0％的范围内。

所述的待喷涂件的基体材料采用钢铁或者高温合金。

涂层结合强度范围为43MPa。

所述的超音速火焰喷涂工艺参数还包括，火焰速度1500m/s、温度2900℃。

超音速火焰喷涂是一种高速火焰喷涂技术，以其火焰速度高、温度低的特点，特别有利于喷涂金属陶瓷涂层。高的粒子速度有利于获得高的涂层致密性和良好的结合强度，而低的火焰温度可有效抑制或减少碳化物等硬质相在喷涂过程中的分解，使制备的涂层保持了金属陶瓷原有良好耐磨性的组织结构。HVOF喷涂金属陶瓷涂层，尤其是WC-Co、Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷涂层以其优越的耐磨料磨损、冲蚀磨损、滑动磨损等性能可使零件寿命延长2～10倍，在工业领域获得广泛应用。

碳化铬/镍铬材料具有优异的抗高温氧化性和高温硬度，常被用于对结合强度和耐磨抗性要求较高的涂层。但是在实际的工作环境中，由于其具有较高的硬度，对摩擦副产生了较严重的摩擦磨损。在涂层中加入氟化钙和氟化钡等润滑剂，可以降低涂层的摩擦系数，提高耐磨性。

采用Leica金相显微镜观察超音速喷涂碳化铬/镍铬涂层的显微结构。在超音速喷涂过程中，高的粒子速度使粉末与基体碰撞后，能形成孔隙率小的致密涂层，涂层与涂层之间呈相互交错堆叠。

采用国产液压式万能试验机验进行高温自润滑涂层的结合强度测试，结合强度测试参照GBT8642-88《金属热喷涂层结合强度的测定》进行。

测得的涂层结合强度范围为43MPa。

涂层的硬度是涂层非常重要的力学性能指标，关系到涂层的耐磨性、强度及涂层使用寿命等多种功能。

宏观硬度采用HR15N，在结合强度试片上进行试验，在整个涂层面上平均采取10点取其算术平均值，显微硬度检测在金相试样上进行，加载300g计量。试验检测结果为：HR15N值为86左右，HV0.3为631左右。

实施例2

本实施例提供了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺具体喷涂工序为，准备待喷涂件，对待喷涂件用丙酮除油污，然后进行白刚玉吹砂处理，最后进行超音速火焰喷涂；

其中：待喷涂件被吹砂后的表面均匀、无金属光泽，经吹砂粗化后，在待喷涂件上喷涂厚度为350μm的涂层，超音速火焰喷涂工艺参数具体为：喷涂距离350mm，送粉速率35克/分钟，氧气流量1775升/小时，氧气压力131磅/平方英寸，煤油流量5.4加仑/小时，煤油压力113磅/平方英寸。

所述的喷涂粉末由北京有色金属研究院提供，具体成分及质量百分含量如下：Cr₃C₂占53～57％，NiCr占34～37％，CaF₂、BaF₂为余量；含氟化物的镍铬/碳化铬粉末的性能要求如下：流动性＜110s/50g，粒度在-200～+270目≤5.0％、-270～+325目≤25.0％、-325≥70.0％的范围内。

所述的待喷涂件的基体材料可以采用钢铁或者高温合金。

所述的待喷涂件的基体材料采用1Cr11Ni2W2MoVN。

涂层结合强度范围为45Mpa。

所述的超音速火焰喷涂工艺参数还包括，火焰速度1750m/s、温度3000℃。

超音速火焰喷涂是一种高速火焰喷涂技术，以其火焰速度高、温度低的特点，特别有利于喷涂金属陶瓷涂层。高的粒子速度有利于获得高的涂层致密性和良好的结合强度，而低的火焰温度可有效抑制或减少碳化物等硬质相在喷涂过程中的分解，使制备的涂层保持了金属陶瓷原有良好耐磨性的组织结构。HVOF喷涂金属陶瓷涂层，尤其是WC-Co、Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷涂层以其优越的耐磨料磨损、冲蚀磨损、滑动磨损等性能可使零件寿命延长2～10倍，在工业领域获得广泛应用。

碳化铬/镍铬材料具有优异的抗高温氧化性和高温硬度，常被用于对结合强度和耐磨抗性要求较高的涂层。但是在实际的工作环境中，由于其具有较高的硬度，对摩擦副产生了较严重的摩擦磨损。在涂层中加入氟化钙和氟化钡等润滑剂，可以降低涂层的摩擦系数，提高耐磨性。

采用Leica金相显微镜观察超音速喷涂碳化铬/镍铬涂层的显微结构。在超音速喷涂过程中，高的粒子速度使粉末与基体碰撞后，能形成孔隙率小的致密涂层，涂层与涂层之间呈相互交错堆叠。

采用国产液压式万能试验机验进行高温自润滑涂层的结合强度测试，结合强度测试参照GBT8642-88《金属热喷涂层结合强度的测定》进行。测得的涂层结合强度范围为43MPa～47.6MPa。

涂层的硬度是涂层非常重要的力学性能指标，关系到涂层的耐磨性、强度及涂层使用寿命等多种功能。

宏观硬度采用HR15N，在结合强度试片上进行试验，在整个涂层面上平均采取10点取其算术平均值，显微硬度检测在金相试样上进行，加载300g计量。试验检测结果为：HR15N值为86～90之间，HV0.3为631～661之间。

实施例3

本实施例提供了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺具体喷涂工序为，准备待喷涂件，对待喷涂件用丙酮除油污，然后进行白刚玉吹砂处理，最后进行超音速火焰喷涂；

其中：待喷涂件被吹砂后的表面均匀、无金属光泽，经吹砂粗化后，在待喷涂件上喷涂厚度为400μm的涂层，超音速火焰喷涂工艺参数具体为：喷涂距离360mm，送粉速率40克/分钟，氧气流量1800升/小时，氧气压力141磅/平方英寸，煤油流量5.5加仑/小时，煤油压力128磅/平方英寸。

所述的喷涂粉末由北京有色金属研究院提供，具体成分及质量百分含量如下：Cr₃C₂占53～57％，NiCr占34～37％，CaF₂、BaF₂为余量；含氟化物的镍铬/碳化铬粉末的性能要求如下：流动性＜110s/50g，粒度在-200～+270目≤5.0％、-270～+325目≤25.0％、-325≥70.0％的范围内。

所述的待喷涂件的基体材料可以采用钢铁或者高温合金。

涂层结合强度范围为47.6Mpa。

所述的超音速火焰喷涂工艺参数还包括，火焰速度2000m/s、温度3100℃。

超音速火焰喷涂是一种高速火焰喷涂技术，以其火焰速度高、温度低的特点，特别有利于喷涂金属陶瓷涂层。高的粒子速度有利于获得高的涂层致密性和良好的结合强度，而低的火焰温度可有效抑制或减少碳化物等硬质相在喷涂过程中的分解，使制备的涂层保持了金属陶瓷原有良好耐磨性的组织结构。HVOF喷涂金属陶瓷涂层，尤其是WC-Co、Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷涂层以其优越的耐磨料磨损、冲蚀磨损、滑动磨损等性能可使零件寿命延长2～10倍，在工业领域获得广泛应用。

碳化铬/镍铬材料具有优异的抗高温氧化性和高温硬度，常被用于对结合强度和耐磨抗性要求较高的涂层。但是在实际的工作环境中，由于其具有较高的硬度，对摩擦副产生了较严重的摩擦磨损。在涂层中加入氟化钙和氟化钡等润滑剂，可以降低涂层的摩擦系数，提高耐磨性。

采用Leica金相显微镜观察超音速喷涂碳化铬/镍铬涂层的显微结构。在超音速喷涂过程中，高的粒子速度使粉末与基体碰撞后，能形成孔隙率小的致密涂层，涂层与涂层之间呈相互交错堆叠。

采用国产液压式万能试验机验进行高温自润滑涂层的结合强度测试，结合强度测试参照GBT8642-88《金属热喷涂层结合强度的测定》进行。测得的涂层结合强度范围为43MPa～47.6MPa。

涂层的硬度是涂层非常重要的力学性能指标，关系到涂层的耐磨性、强度及涂层使用寿命等多种功能。

宏观硬度采用HR15N，在结合强度试片上进行试验，在整个涂层面上平均采取10点取其算术平均值，显微硬度检测在金相试样上进行，加载300g计量。试验检测结果为：HR15N值为86～90之间，HV0.3为631～661之间。