[发明专利]一种铜铝氮化硼复合粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜铝氮化硼复合粉末及其制备方法和应用，涉及表面工程领域，复合粉末原料包括以下组分：10～30份树枝状电解铜粉、40～75份铝粉以及15～30份六方氮化硼以及粘结剂；其中，树枝状电解铜粉可作为团聚颗粒的骨架，粒度更细且预混均匀的铝和氮化硼粉末可嵌入电解铜粉的树枝间隙内部，不易出现成分偏聚，解决了传统铝氮化硼复合粉末中铝和氮化硼仅依靠粘结剂局部粘连，在喷涂过程中铝和氮化硼易于脱离，氮化硼烧损严重导致涂层中氮化硼含量偏低而影响可磨耗性能等问题，将其用于封严涂层面层的喷涂，能够提高涂层的抗热震性和/或耐热性能，避免或减少涂层出现开裂、剥落掉块以及损伤等问题。

技术领域

本发明涉及表面工程领域，具体而言，涉及一种铜铝氮化硼复合粉末及其制备方法和应用。

背景技术

航空发动机作为飞机的“心脏”，主要由压气机、燃烧室和涡轮三个核心部件以及一些附属设备组成。压气机将空气吸入到发动机内部并进行压缩，进入燃烧室后和航油充分混合并燃烧，产生出的高温高压气体推动涡轮叶片转动。为实现大推力、高效率和低油耗的发动机设计和制造目标，应尽量提高涡轮机进口气体温度，并减小转子与静子部件之间的间隙。然而，当发动机结构与所使用材料一定时，涡轮机进口气体温度提升区间有限。资料表明，典型发动机压气机径向间隙若增加0.076mm，单位耗油量将增大约1％；高压涡轮及叶片间隙若增加0.127mm，单位耗油量将增大约0.5％。此外，径向间隙过大还会导致发动机的气动特性在加速时遭到破坏而引发喘振。因此，减小发动机风扇、压气机、涡轮机叶尖与机匣之间间隙的气路封严技术成为了提高发动机性能的主要方法。通过运行过程中叶尖对可磨耗封严涂层的主动刮削作用，实现径向间隙封严控制，从而获得最大压差，可显著提高发动机效率并降低油耗。

可磨耗封严涂层材料大都是由一定比例的金属相和具有润滑作用的非金属相组成的复合粉末。其中，金属相具有可喷涂性，可形成涂层的骨架，起着抗冲蚀、抗氧化、保证自身涂层强度以及和基体结合强度的作用；非金属相提供可磨耗、减摩、抗黏附性能。采用这些原材料制备的热喷涂涂层对于控制压气机的径向间隙、减低单位耗油率、隔热、封严、耐磨等具有重要作用。因此，作为发动机的重要技术之一，封严涂层可改善飞机燃气轮机中旋转与固定部件之间的密封性，显著提高发动机的性能。

根据相关部件服役位置的环境区别，封严涂层可大致分为：低温(500℃)封严涂层，中温(500～800℃)封严涂层，以及高温(850℃)封严涂层。其中，铝基金属材料具有质轻价廉和耐蚀性好等优点，现有低温封严涂层多以铝基复合材料为主。其中，AlSi合金/聚酯涂层耐温可达320℃，具有良好的可磨耗性、自润滑性及抗冲蚀性，但聚合物在制备及服役过程中易被氧化以及AlSi合金室温下的时效硬化，直接影响到该涂层的服役性能。Al/石墨涂层耐温可达450℃，解决了聚合物易氧化的问题，但其抗微粒冲蚀性较差。Ni/石墨涂层耐温可达500℃，但是组分中的C在受热后常以CO或CO₂的形式损失。另一种典型的封严涂层材料Al/BN，已在发动机风扇和压气机1～4级获得广泛应用，但由于Al和BN两组元均为密度低、质轻的材料，在简单的机械搅拌混合过程中，两种组分不易均匀分散，且Al和BN仅依靠粘结剂粘连在一起，易导致材料的成分不均匀而产生金属相和非金属相偏聚。同时，喷涂过程中可磨耗组分不易沉积导致粉末整体沉积率偏低。特别的，仅依靠粘结剂粘连在一起的包覆结构复合粉末颗粒在等离子焰流中加温加速时，其包覆结构不可避免的会有一定程度的破坏，裸露在外的BN组元易烧蚀，导致涂层中可磨耗组分偏低和硬度偏高，涂层长时服役过程中存在着抗氧化性、抗冲蚀性不足，抗热震性能和耐热性能变差而导致涂层开裂、剥落掉块及损伤对磨件等问题，对于飞行安全带来较大的隐患。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜铝氮化硼复合粉末及其制备方法和应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种铜铝氮化硼复合粉末，其原料包括：干粉组合料和粘结剂；