一种降低可磨耗组分损失率的可磨耗涂层喷涂方法技术

本发明专利技术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℃。

A spray method of abradable coating to reduce the loss rate of abradable components

【技术实现步骤摘要】
一种降低可磨耗组分损失率的可磨耗涂层喷涂方法
本专利技术涉及材料领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
可磨耗封严涂层中通常含有骨架组分和可磨耗组分。专利技术人发现，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，专利技术人经大量研究，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，专利技术人意识到，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，专利技术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。在一些方面，本公开提供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％(例如5～10wt％、10～20wt％、20～30wt％、30～40wt％、40～50或50～60wt％)，骨架组分的含量为35～90wt％(例如35-40wt％、40～50wt％、50～60wt％、60～70wt％、70～80wt％或80～90wt％)，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(例如160～170mm)、送粉速率46g/min～60g/min(例如50～60g/min)、电流410A～450A(例如420～430A)、功率28kW～32kW(例如28～30kW)、喷涂等离子体气体含有氩气和氢气，氩气流量60-70L/min(例如65L/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℃(例如为140～160℃)。在一些实施方案中，原料粉末的颗粒具有包覆复合结构。在一些实施方案中，上述方法还包括以下步骤：在实施喷涂前，烘干原料粉末，然后对烘干后的粉末进行过筛，收集通过筛网的粉末，用于等离子喷涂；所述烘干的温度为70-90℃；所述筛网的目数为45-65目。在一些实施方案中，所述可磨耗组分选自石墨、氮化硼和聚苯酯中的一种或多种。在一些实施方案中，当所述可磨耗组分是氮化硼时，可磨耗组分在原料粉末中的含量为15～25wt％，例如28～22wt％。在一些实施方案中，当所述可磨耗组分是石墨时，可磨耗组分在原料粉末中的含量为40～50wt％，例如43～48wt％。在一些实施方案中，所述骨架组分选自金属和陶瓷中的一种或多种。在一些实施方案中，所述骨架组分选自Al、铝硅合金、铜合金、镍合金、铬合金中的一种或多种。在一些实施方案中，铝硅合金中铝元素和硅元素的重量比为20～25:1～5，例如22:3。在一些实施方案中，所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醇酸清漆、丙烯酸酯中的一种或多种。在一些实施方案中，所述原料粉末具有以下一项或多项特征：原料粉末中最小颗粒的粒径不小于15微米；原料粉末中最大颗粒的粒径不大于220微米；原料粉末的D50粒径为40～80微米。在一些实施方案中，在基底上喷涂可磨耗涂层之前，还包括对基底进行预处理的步骤，所述预处理选自表面清理、粗化、预喷涂高温合金层(例如镍铝合金层)中的一步或多步。在一些方面，提供一种涂层，由上述任一项方法制备获得。在一些方面，提供一种燃气轮机，所述燃气轮机的静子部件表面设置有上述涂层。术语说明：喷涂距离：喷嘴出口中心点与喷嘴轴线和基体表面交点之间的直线距离，单位一般为mm。送粉速率：喷涂原料被输送入喷涂焰流的速率，单位一般为g/min。电流：喷涂等离子体正、负极之间的直流电流强度，单位一般为A。功率：喷涂等离子体正、负极之间电流和电压的乘积，单位一般为kW。喷涂气体：用于产生等离子体的气体。D50粒径：累积粒度分布百分数达到50％时对应的粒径值。有益效果本公开方法或产品具有以下一项或多项优点：(1)可磨耗组分的损失少，沉积率高；(2)涂层中可磨耗组分的含量高；(3)涂层中可磨耗组分分布均匀；(4)涂层的结合强度高。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基体上喷涂可磨耗涂层的方法，该方法包括：/n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；/n其中，所述原料粉末的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；/n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35～90wt％，粘结剂的含量为5～10wt％；/n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、喷涂等离子体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℃。/n

【技术特征摘要】
1.一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35～90wt％，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、喷涂等离子体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℃。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
在实施喷涂前，烘干原料粉末，然后对烘干后的粉末进行过筛，收集通过筛网的粉末，用于等离子喷涂；
其中，所述烘干的温度为70-90℃；
其中，所述筛网的目数为45-65目。


3.根据权利要求1所述的方法，所述可磨耗组分选自石...

【专利技术属性】
技术研发人员：于月光，刘建明，沈婕，章德铭，刘通，黄凌峰，郭丹，王帅，卢晓亮，侯伟骜，石长江，
申请(专利权)人：北京矿冶科技集团有限公司，北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11