[发明专利]改进的可磨损镀层及其制造方法

说明书

本申请是序号为NO247024的美国专利申请的部分继续申请该专利于1988年9月20日提出，题为“高速火焰喷镀设备和材料形成的方法”，该专利整个公开的部分作为参考而列入本申请。

本发明一般涉及可磨损的材料和镀层，如用来形成汽轮发动机中可磨损封接件的镀层。本发明具体提供一种改进的可磨损的材料及这种材料的制作方法。

容易以可控的方式磨损的材料被应用在包括作为可磨损封接件的许多方面。熟悉这种技术的人员知道，在转动的部件和固定的可磨损封接件之间的接触将使可磨损的材料在接触区域按照与运动部件相啮合的形状被磨掉。从而使封接件呈现准确准确配合运动部件的几何形状。这有效地形成了具有极紧公差的封接件。

可磨损封接件的一个特殊应用是用在汽轮发动机中。通常，在汽轮机罩盖的内表面上用喷枪镀上一层可磨损的材料镀到预定的厚度在运行中当汽轮机叶片转动时，叶片由于受产生的热的影响，便发生稍许膨胀。旋转叶片的尖端因而与可磨损材料接触从而在镀层上准确地刻出一定的凹槽，而叶片本身并不与罩盖接触。应当清楚，这些凹槽提供了精确的允许叶片转动必需的余隙，因而提供了基本上是定做配合的封接件。

为了使汽轮机叶片能够在可磨损的镀层中刻出凹槽，构成镀层的材料必须容易磨损而不损耗叶片的尖端，这要求镀层中的材料达到精细的均衡。在这种特殊的环境下，可磨损的镀层还必须具有很好的抗粒子冲刷和在高温下抗性能变坏的性能。然而，熟悉这种技术的人员知道，采用常规的形成可磨损镀层的方法，要得到这些需要的特性是很困难的。

更准确地讲，很多常规的易磨损层是采用喷射粉末的充填物料和金属组分的等离子体形成的，这种形成方法要求监控许多参数。这些参数包括供料粉末的组成特性粉末粒度和喷枪的各种操作条件。然而，即使当这些因素受到严密的监控时，采用常规的设备和技术也还不能始终如一地成功地生产高质量的可磨损镀层。

更详细地讲是采用热喷射从两种一般种类的物料中选出的原料的方法来制造常规的复合材料可磨损镀层。原料中最简单的是金属粉末和充填物的混合物，充填物通常是非金属粉末。即首先混合每种组分的分散的颗粒，然后再用等离子体喷枪喷射混合物。然而这些粉末混合物经常有偏析，不仅仅在贮槽中有偏析，而且在粒子喷射流自身中也有偏析这两种偏析都对最后镀层的微观结构产生有害的影响。众所周知粒子偏析将在镀层中产生主要由单一粉末组分构成的局部区域。这就导致产生组分和硬度不均匀的使用功能低劣的镀层。一种粉末组份的优先蒸发或其它的热转化也可以导致缺乏这种均匀性，特别是在用塑料作一种组分的场合。另外，使用已混合的或已掺和的粉末还造成难于调整组分的比例来产生分层的镀层，这种分层的镀层对每一层镀层要求不同的原料掺和。

在喷射粉末的另一种一般方式中，两种组分被粘结在一起，形成复合材料颗粒。许多粘结技术是众所周知的，例如用第二种材料包覆粉末状的第一种材料，或简单地采用一种合适的粘结剂将两种粉末粘结在一起。然而，粘结剂在防止两种不同材料的偏析方面可能不足有效的。另外，包覆技术不仅花费大，而且包覆层还可能优先蒸发，这就降低了镀层的组分均衡，并且单一的粉末组份不能用来形成沿镀层的深度具有不同特性的镀层。

对于许多材料，产生满意的可磨损镀层要求使用极高的速度采用常规的燃烧火焰喷枪这是不能达到的。虽然等离子喷枪提供高的速度但是它们操作在如此高的温度，以致造成蒸发和热退化，例如塑料组分的蒸发和粉末组分的氧化，由于喷射流的涡流，加速了氧化。

因此希望提供一种组成可磨损材料的方法，采用这种方法可以减小或消除粒子偏析的问题。还希望提供这样一种方法，该方法具有生产高质量可磨损镀层的附加的优点而不产生原料的任何显著的退化。还希望提供这样一种方法。在该方法中，可以独立地控制是料组分而不使用复杂的粉末计测系统，从而可在镀层中得到组分的梯度，并且这种方法还可避免等离子体喷射过分的温度和速度梯度。本发明提供了一种组成可磨损材料的方法，该法达到了这些目的并提供一种新颖的用本发明所述方法组成的可磨损材料。