[发明专利]一种降低可磨耗组分损失率的可磨耗涂层喷涂方法

说明书

本发明涉及一种在基体上喷涂可磨耗涂层的方法，该方法包括：使用等离子喷涂的方法将原料粉末喷涂在基体上，形成可磨耗涂层；其中，所述原料粉末的颗粒具有包覆复合结构，所述颗粒包括核和包覆所述核的包覆层，所述核含有可磨耗组分，所述包覆层含有骨架组分和粘结剂；其中，所述原料粉末中可磨耗组分的含量为5～60wt％，骨架组分的含量为40～90wt％，粘结剂的含量为5～10wt％；其中，所述等离子喷涂的参数如下：喷涂距离150mm～180mm、送粉速率46g/min～60g/min、电流410A～450A、功率28kW～32kW、喷涂气体含有氩气和氢气，氩气流量60‑70L/min、氢气流量5L/min～6L/min、喷涂过程中基体温度控制在不高于200℃。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种降低可磨耗组分损失率的可磨耗涂层喷涂方法。

背景技术

可磨耗封严涂层一般用于涂覆于燃气轮机静子部件表面，在燃气轮机的高温高速工况下，可磨耗涂层与转子部件对磨时能够发生涂层的主动磨耗，从而实现转、静子的过盈配合，进而实现转、静子之间最小间隙的控制，同时保护转子部件不被磨损。可磨耗封严涂层对于降低燃气轮机油耗、提高效率和运行安全性具有重要意义。

用于制备可磨耗封严涂层的原料粉末可以是包覆型粉末。图1的(a)示出包覆型粉末的颗粒的结构。包覆型粉末的颗粒具有包覆复合结构，所述颗粒包括核1和包覆所述核1的包覆层200，所述核1含有可磨耗组分，所述包覆层200含有骨架组分201和粘结剂202。骨架组分201的颗粒分布在粘结剂202的形成的基体中。其中，可磨耗组分一般为低剪切强度的非金属材料如石墨、氮化硼、聚苯酯等，其提供涂层的可磨耗性；骨架组分一般是Al、AlSi、CuAl、NiCr等金属或陶瓷，其赋予涂层一定的强度及抗氧化性等。

相关技术使用等离子喷涂等方法制备可磨耗封严涂层。一个等离子喷涂示意图如图2所示。在一个阳极32和一个阴极31之间点火，产生高频率电弧。气体流33经电极之间被电离，由此产生等离子弧，进一步产生等离子焰流5。原料粉末从枪喷嘴4外注入等离子焰流5，被熔化，最后被气体加速并撞击基材6表面形成涂层7。

发明内容

可磨耗封严涂层中通常含有骨架组分和可磨耗组分。发明人发现，可磨耗封严涂层中可磨耗组分的含量对其可磨耗性至关重要。但是，在制备可磨耗封严涂层时，可磨耗组分往往在等离子喷涂过程中损失，导致产品涂层中可磨耗组分的沉积率偏低，涂层质量不佳。

为了解决上述问题，发明人经大量研究，创造性地提出了以下喷涂机理：

如上所述，包覆型粉末的颗粒具有包覆复合结构，所述颗粒包括核1和包覆所述核1的包覆层200，所述核1含有可磨耗组分，所述包覆层200含有骨架组分201和粘结剂202。骨架组分201的颗粒分布在粘结剂202的形成的基体中。当原料粉末在焰流的的作用下从喷枪出发至到达基体时，原料粉末可能存在以下三种状态，如图1的(a)～(c)所示：

参见图1的(a)，第一状态：粉末颗粒表面的粘结剂202完全未分解，此时，当颗粒撞击到基体表面时将发生反弹，无法沉积。

参见图1的(b)，第二状态：粉末颗粒表面的粘结剂202仅分解了一部分，即一部分粘结剂202分解，使骨架组分裸露；另一部分粘结剂202未分解，起到将骨架组分固定在颗粒表面的作用。此时，当颗粒撞击到基体表面时，裸露的骨架组分能够与以液态或半固态形式贴合在基体上，可磨耗组分随之也沉积在了基体表面。

参见图1的(c)，第三状态：粉末颗粒表面的粘结剂202完全分解，此时，颗粒失去了其骨架组分包覆可磨耗组分的结构，可磨耗组分在焰流中将发生烧损和撞击到基体后发生散落，无法有效沉积。

基于上述对于喷涂机理的新认识，发明人意识到，要获得质量改善的涂层，须使到达基体表面的粉末为第二状态的粉末。在这一理论指导下，发明人提出一种创新的制备可磨耗涂层的方法。该方法能够有效地改善可磨耗组分损失的问题，获得性能改善的涂层。