一种耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下制备步骤：S1、采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、激光熔覆设备或电弧熔覆设备将NiCoCrAlY合金粉体喷涂在合金基体表面，形成Ni基粘结层；S2、采用大气层流等离子喷涂或电子束物理气相沉积技术将8YSZ粉体制备在Ni基粘结层表面，形成第一陶瓷涂层；S3、进一步通过大气层流等离子喷涂或电子束物理气相沉积技术将质量比为1：1：1的LZO、LCO和GZO形成的第一共掺杂氧化锆体系，或将质量比为10：3：7的第一共掺杂氧化锆体系、MoS2和CaF2形成的第二共掺杂氧化锆体系制备在第一陶瓷涂层表面，形成第二陶瓷涂层，由此制备得到的封严涂层兼具耐高温、自润滑和低摩擦性能。自润滑和低摩擦性能。自润滑和低摩擦性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合涂层
，特别是涉及一种耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高温合金以其优良的高温力学性能、抗氧化及耐腐蚀性能在燃气轮机、火力发电和原子能工业等领域有着广泛的应用。但随着航空航天发动机、燃气轮机技术的发展，对叶片尖端与压缩机和涡轮部分铸件的间隙封严提出了更高的要求。可磨耗封严涂层通常用于飞机涡轮发动机气路密封，目的是减小叶片尖端与压缩机和涡轮部分铸件之间的间隙，起到保护叶片、减少级间漏气、提高发动机效率的作用，目前在航空领域得到广泛应用。封严涂层的制备是涡轮发动机气路密封的关键技术。
[0003]为防止涂层脱落，可磨耗封严涂层不仅要具有相对较高的结合强度，还要具有较好的综合性能。既要足够“硬”，保证其在高温高速气流冲蚀下正常工作，该要求主要通过封严涂层中的金属相(Al基、Cu基、Ni基、Co基等)来实现，其可为涂层提供支撑作用。又要足够“软”，在与转子部件碰磨时优先发生磨损，防止叶片被刮削而损坏，该要求主要通过封严涂层中的非金属相(石墨、氮化硼、高分子材料等)和孔隙来实现，孔隙可有效减小涂层的硬度，非金属相可提供润滑作用。
[0004]随着燃气温度的不断上升，对封严涂层的耐高温性能提出了更高的要求。同时由于封严涂层的功能特性，一方面封严涂层需要耐磨，另一方面，涂层又不能对涡轮部分摩擦造成损伤，这对耐磨封严涂层提出了新的更高的要求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种耐高温低摩擦双层陶瓷防护涂层材料及其制备方法，通过设计双层梯度复合功能涂层的材料和制备技术，制备出耐1300℃高温，具备耐高温、自润滑、低摩擦性能的双层陶瓷防护涂层材料(封严涂层)。
[0006]具体
技术实现思路
如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法，所述制备方法包括如下制备步骤：
[0008]S1、采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、激光熔覆设备或电弧熔覆设备将NiCoCrAlY合金粉体喷涂在合金基体表面，形成Ni基粘结层；
[0009]S2、采用大气层流等离子喷涂或电子束物理气相沉积技术将8YSZ粉体制备在所述Ni基粘结层表面，形成第一陶瓷涂层；
[0010]S3、进一步通过大气层流等离子喷涂或电子束物理气相沉积技术将质量比为1：1：1的LZO、LCO和GZO形成的第一组合粉体，或将质量比为10：3：7的所述第一组合粉体、MoS2和CaF2形成的第二组合粉体，制备在所述第一陶瓷涂层表面，形成第二陶瓷涂层。
[0011]可选地，步骤S1中，所述Ni基粘结层的厚度为1
‑
150μm。
[0012]可选地，步骤S2中，所述8YSZ粉体的粒度为37
‑
69μm。
[0013]可选地，步骤S2中，所述8YSZ粉体的送粉速率为3～4g/min。
[0014]可选地，步骤S2中，其特征在于，所述第一陶瓷涂层的厚度为200
‑
300μm；
[0015]所述第一陶瓷涂层的显微结构具有垂直裂纹结构，所述垂直裂纹的密度为2
‑
4道每毫米。
[0016]可选地，步骤S3中，所述所述第一组合粉体、MoS2和CaF2的粒度均为40
‑
80μm。
[0017]可选地，步骤S3中，所述第二陶瓷涂层的厚度为100
‑
150μm；
[0018]所述第二陶瓷涂层的显微结构具有垂直裂纹结构，所述垂直裂纹的密度为2
‑
4道每毫米。
[0019]可选地，所述大气层流等离子体喷涂技术的工作参数为：
[0020]氮气和氩气的体积比为7：3；
[0021]工作电流为120
ꢀ‑
160A；
[0022]输出功率为15
‑
30kW；
[0023]喷涂距离为200
‑
300mm；
[0024]喷涂速度为0.4
ꢀ‑
0.8m/s；
[0025]喷涂间隔为3
‑
8mm。
[0026]可选地，所述大气层流等离子体喷涂技术的工作参数为：
[0027]氮气和氩气的体积比为7：3；
[0028]工作电流为160A；
[0029]输出功率为25
‑
26kW；
[0030]喷涂距离为250mm；
[0031]喷涂速度为0.4m/s；
[0032]喷涂间隔为4mm。
[0033]可选地，所述合金基体包括：高温合金K456或Incoloy M956。
[0034]可选地，所述合金基体表面为进行去油、喷砂处理后的合金基体表面。
[0035]第二方面，本专利技术提供一种上述第一方面所述的制备方法获得的耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料，所述耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料包括：依次位于具有粘结层的合金基体表面的所述第一陶瓷涂层和所述第二陶瓷涂层。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0037]本专利技术提供了一种在大气条件下制备，且具有耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料及制备方法，该封严涂层具有双层陶瓷层结构，底端陶瓷层为8YSZ陶瓷，顶层陶瓷层主要由以下任意一种成分体系组成：(1)LZO+LCO+GZO共掺杂氧化锆体系；(2)MoS2、CaF2、La、Ce、Gd共掺杂氧化锆体系。由于顶层陶瓷层具有耐高温、自润滑、低磨擦性能，其在1000
‑
1300℃下具有较低的摩擦系数(小于0.4)、热导率小于1.8W/(mK)，能够大幅度提高封严涂层的耐高温性能。同时制备陶瓷涂层时采用大气层流等离子喷枪，其能够制备具有较高密度贯穿垂直裂纹结构的陶瓷涂层，该结构能够显著提封严涂层的热循环寿命。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1示出了本专利技术实施例提供的耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法流程示意图；
[0040]图2示出了本专利技术实施例提供的耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的结构示意图。
具体实施方式
[0041]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0042]实施例中未注明具体实验步骤或者条件，按照本领域内的现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下制备步骤：S1、采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、激光熔覆设备或电弧熔覆设备将NiCoCrAlY合金粉体喷涂在合金基体表面，形成Ni基粘结层；S2、采用大气层流等离子喷涂或电子束物理气相沉积技术将8YSZ粉体制备在所述Ni基粘结层表面，形成第一陶瓷涂层；S3、进一步通过大气层流等离子喷涂或电子束物理气相沉积技术将质量比为1：1：1的LZO、LCO和GZO形成的第一共掺杂氧化锆体系，或将质量比为10：3：7的所述第一共掺杂氧化锆体系、MoS2和CaF2形成的第二共掺杂氧化锆体系制备在所述第一陶瓷涂层表面，形成第二陶瓷涂层。2.根据权利要求1所述的耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述Ni基粘结层的厚度为1
‑
150μm。3.根据权利要求1所述的耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述8YSZ粉体的粒度为37
‑
69μm；所述8YSZ粉体的送粉速率为3～4g/min；所述第一陶瓷涂层的厚度为200
‑
300μm；所述第一陶瓷涂层的显微结构具有垂直裂纹结构，所述垂直裂纹的密度为2
‑
4道每毫米。4.根据权利要求1所述的耐高温、自润滑、低摩擦封严涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述所述第一共掺杂氧化锆体系、MoS2和CaF2的粒度均为40
‑
80μm。5.根据权利要求1所述的耐高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成新，刘森辉，邓世杰，李长久，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：