一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可磨耗封严复合涂层材料。一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于它包括基相材料、填充材料Ａ、填充材料Ｂ、粘接剂和水原料制成，基相材料占基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ的重量百分比为：７０％～７５％，填充材料Ａ占基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ的重量百分比为：１４％～２０％，填充材料Ｂ占基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ的重量百分比为：９％～１５％；粘接剂的加入量为基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ重量的２％～５．５％；水的加入量为基相材料、填充材料Ａ、填充材料Ｂ和粘接剂重量的７０％～７８％。本发明专利技术具有高温稳定性、可磨耗性、结合强度、抗冲蚀性好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可磨耗封严涂层材料及其制备方法，特别涉及一种等离子喷涂用高温纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，以及该种复合涂层材料的制备方法。
技术介绍
航空工业的迅猛发展对航空发动机提出了越来越高的要求，具有大推力、高的工作效率、低的油耗成为发动机设计和制造的总体目标，为实现这个目标，对发动机自身工作性能的提高必然成为研究工作的一部分，但是从目前这方面的研究成果来看，效果并不是十分明显，因为发动机的工作是与外界条件联系在一起的，于是人们开始从总体上来寻求提高发动机工作性能的途径，通过研究发现在发动机外部采用气路封严技术能够很好的提高发动机的工作性能，实验表明，发动机的高压涡轮叶尖间隙若平均减少0.254mm，涡轮效率就可提高约1％；如果涡轮的径向间隙增加0.127mm，单位耗油率就增大约0.5％。此外，压气机的运转间隙过大，它的气动特性可能在发动机加速时遭到破坏，并引起喘振，极易产生事故。因此，为提高发动机运转效率、使用寿命和降低油耗，应尽量减少转子与静子之间的运转间隙。但是由于制造困难和部件在工作状态下的结构变形，间隙过小，则旋转中的动、静件之间有干涉摩擦的危险，这不仅会损伤机件，而且对压气机而言，其钛合金叶片与邻近的钛合金零件形成钛-钛摩擦有起火的危险，因此希望有一个既能减少间隙又能缓冲干涉摩擦的封严圈，热稳定性和较小的摩擦系数以及具有抗氧化性。于是如何制造出这种合适的封严圈成为气路封严技术的研究关键。目前国外、国内多采用喷涂的封严涂层来作为封严圈，制备的封严涂层位于发动机的压气机和涡轮机的机匣上，所处的位置和功能决定了该封严涂层要在较高温度和高速气流冲刷的条件下工作，因此可磨耗封严涂层材料必须具备以下性能(1)高温稳定性封严材料所处的位置温度较高，要求涂层在高温作用下不发生相变，分解，不会失效等，在高温条件下正常工作。(2)可磨耗性转子叶片的叶尖和封严材料相互作用时，封严材料本身被磨损和刮削，可在不损伤叶片的前提下，获得发动机实际工作状态下的最小间隙。(3)结合强度和抗热震性结合强度是指涂层与机匣基体之间粘结的牢固程度，足够的结合强度能保证涂层不从机匣上剥离，抗热震性是当温度急剧变化时涂层不开裂、不剥层和不剥落的能力。(4)抗冲蚀性飞机在飞行时，进入发动机的高速气流会对封严材料产生强烈的冲刷作用；空气中的固体粒子，尤其是在沙漠地带空气中的硬质砂粒会加剧这种冲刷作用，使封严材料产生冲蚀磨损。过量的冲蚀磨损会降低封严材料的封严效果，从而降低发动机的效率。具有上述几种性能的封严涂层才能够起到很好的气路封严的效果，很大程度的提高飞机发动机的工作效率，延长寿命。国外对可磨耗封严涂层的研究起步比较早，目前已有20多种适用于发动机封严的可磨耗封严涂层粉料。早期研制使用的封严涂层材料主要有NiAl、Al-Si、NiCrAl、NiCrAlY粉料，这几种属于合金涂层，耐温达到650℃，与基体的结合强度很高，但是可磨耗性很差，在高温下使用时容易发生熔化与叶片粘着，受热变形导致涂层失效，并且对叶片的磨损非常大。随后为了解决这种叶片与涂层粘着以及涂层硬度过高的问题，通过在涂层中添加软相的方法对涂层的工作性能加以改善，这些软相在基相材料中形成弥散分布，降低涂层的硬度，提高涂层的可磨耗性，防止涂层与叶片的粘着。这时使用的材料有Ni-石墨、Al-Si-聚酯、NiCrAl-氮化硼等，这些材料的耐温最高达到800℃，其中的氮化硼、石墨、聚酯、硅藻土、膨润土等作为软相能够不同程度上起到润滑的作用，并且涂层具有一定的孔隙率，在耐热性和抗热震性能方面都要优于以前使用的合金涂层，但是这种涂层的结合强度和耐气流冲蚀性并不理想。随着发动机的发展，工作温度已经达到1000℃以上，以往的涂层最高只能耐800℃的温度，因此对高温涂层的需求应用而生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高温稳定性、可磨耗性、结合强度、抗冲蚀性好的纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于它包括基相材料、填充材料A、填充材料B、粘接剂和水原料制成。基相材料占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为70％～75％，基相材料的粒度为20nm～60nm；填充材料A占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为14％～20％，填充材料A的粒度为60～500nm；填充材料B占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为9％～15％，填充材料B的粒度为6μm～10μm；粘接剂的加入量为基相材料、填充材料A和填充材料B总重量的2％～5.5％；水的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂总重量的70％～78％；所述的基相材料为La2O3、CeO2、Sc2O3、Gd2O3、Nd2O3中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物与Y2O3稳定的ZrO2粉末，ZrO2的含量为82～85mol％，Y2O3的含量为5～7mol％，La2O3、CeO2、Sc2O3、Gd2O3、Nd2O3中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物的含量为10～13mol％；其中，La2O3、CeO2、Sc2O3、Gd2O3、Nd2O3中的任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；所述的填充材料A为h-BN、石墨、硅藻土、膨润土中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，为任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；所述的填充材料B为聚苯酯、聚酯、芳香聚酯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，为任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚苯乙烯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。所述的原料中加入高温钎焊料，高温钎焊料的加入量为基相材料、填充材料A、填充材料B和粘接剂重量的1.5～5％，高温钎焊料为NiCuMnCo、CuNiTi或CoNiCrTi。上述一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)、基相材料的制备按ZrO2的含量为82～85mol％，Y2O3的含量为5～7mol％，La2O3、CeO2、Sc2O3、Gd2O3、Nd2O3中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物的含量为10～13mol％，选取La2O3、CeO2、Sc2O3、Gd2O3、Nd2O3中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物、Y2O3和ZrO2混合，经研磨后于800-1600℃温度下进行固溶稳定化烧结处理，得基相材料；其中，La2O3、CeO2、Sc2O3、Gd2O3、Nd2O3中的任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比。2)、配料按基相材料占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为70％～75％，基相材料的粒度为20nm～60nm；填充材料A占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为14％～20％，填充材料A的粒度为60～500nm；填充材料B占基相材料、填充材料A和填充材料B的重量百分比为9％～15％，填充材料B的粒度为6μm～10μm；选取基相材料、填充材料A和填充材料B；按粘接剂的加入量为基相材料、填充材料A和填充材料B总重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氧化锆基可磨耗封严复合涂层材料，其特征在于它包括基相材料、填充材料Ａ、填充材料Ｂ、粘接剂和水原料制成，基相材料占基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ的重量百分比为：７０％～７５％，基相材料的粒度为２０ｎｍ～６０ｎｍ；填充材料Ａ占基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ的重量百分比为：１４％～２０％，填充材料Ａ的粒度为６０～５００ｎｍ；填充材料Ｂ占基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ的重量百分比为：９％～１５％，填充材料Ｂ的粒度为６μｍ～１０μｍ；粘接剂的加入量为基相材料、填充材料Ａ和填充材料Ｂ重量的２％～５．５％；水的加入量为基相材料、填充材料Ａ、填充材料Ｂ和粘接剂重量的７０％～７８％；所述的基相材料为Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、ＣｅＯ↓［２］、Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｄ↓［２］Ｏ↓［３］中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物与Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］稳定的ＺｒＯ↓［２］粉末，ＺｒＯ↓［２］的含量为８２～８５ｍｏｌ％，Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］的含量为５～７ｍｏｌ％，Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、ＣｅＯ↓［２］、Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｄ↓［２］Ｏ↓［３］中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物的含量为１０～１３ｍｏｌ％；其中，Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、ＣｅＯ↓［２］、Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｄ↓［２］Ｏ↓［３］中的任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；所述的填充材料Ａ为ｈ－ＢＮ、石墨、硅藻土、膨润土中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，为任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比；所述的填充材料Ｂ为聚苯酯、聚酯、芳香聚酯中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，为任意二种或任意二种以上混合时，混合配比为任意比。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭东，高忠宝，顾少轩，杨章富，张子军，邓飞飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]