【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造耐磨层和由该层涂覆的基材的方法。这种耐磨层尤其可以用于装备旋转机器环，以确保例如机器在旋转叶片的尖端处的密封。这种耐磨层非常特别适用于航空领域中的涡轮环，并且非常特别地适用于航空器涡轮喷气发动机中。
技术介绍
1、目前在燃气涡轮中使用耐磨层，以最大限度地减少旋转部件和静态部件之间的功能间隙，从而最大限度地减少泄漏。对于高压涡轮应用，耐磨密封件沉积在附接到壳体的环形扇区上。在涡轮叶片与耐磨材料接触期间，后者必须优先磨损，这使得发动机的空气动力性能得以保持。
2、然而，还需要保护基材免受高达1600℃的高温，并免受高温高压下出现的气流侵蚀。考虑到这一点，通常通过热喷涂在环形扇区的静止部分上形成基于难熔金属的陶瓷涂层，以形成热障型保护涂层。然而，由此获得的涂层不能表现出非常高的耐磨性，这可能导致运行中叶片尖端的磨损，导致复杂且昂贵的维修。
3、为了增加热障的耐磨性质，现有技术中已经设想了各种解决方案。为此，这些解决方案包括掺入成孔剂以增加屏障的孔隙率。然而，这些解决方案不能完全令人满意，因为它们会显著降低涂层的耐侵蚀性，从而降低屏障和下面基材的使用寿命。
4、申请fr3044945中描述的另一种解决方案使用放电等离子烧结(sps)来生成具有梯度性能的耐磨涂层，特别是包括在涂层边缘处的较低孔隙率，以便更好地抵抗侵蚀。然而，虽然提供了良好的结果，但该解决方案需要对基材进行特殊的准备。
5、申请fr3082765中描述的另一种解决方案使用具有各种形状因子的氧化钇稳定氧化锆
6、因此，需要提供一种既具有良好的耐磨性又具有良好的耐侵蚀性的耐磨层的制造方法。
技术实现思路
1、本专利技术涉及一种制造耐磨层的方法，包括以下步骤：制备粉末组合物，所述粉末组合物至少包含陶瓷颗粒和具有层状晶体结构的无机填料，所述粉末组合物中无机填料的体积含量在1％和75％之间；压缩所述粉末组合物并烧结如此压缩的粉末组合物以获得耐磨层。
2、使用上面定义的粉末组合物和加压烧结技术，有利地使得有可能获得具有良好耐磨性和良好耐侵蚀性的层。此外，专利技术人还观察到，在相同孔隙率下，或者甚至在一些情况下，如果孔隙率更大，通过在压力下烧结形成的耐磨层与通过等离子喷涂形成的层相比具有更好的耐侵蚀性。
3、此外，无机填料使得可以在烧结步骤结束时填充陶瓷基质中产生的一些大孔。因此，可以获得较低的孔隙率，从而提供更好的耐侵蚀性。
4、然而，这种较低的孔隙率并不伴随着耐磨性的损失。事实上，由于其层状晶体结构，无机填料具有固体润滑性能，在陶瓷基体和无机填料之间产生薄弱界面，从而促进裂纹扩展并机械地削弱陶瓷基体。因此，由此形成的复合材料尽管孔隙率较低，但其韧性和显微硬度值与传统陶瓷耐磨层的韧性和显微硬度值相当。
5、在一些实施例中，至少50数量％，优选至少80数量％，更优选至少95数量％的陶瓷颗粒具有大于或等于3，并且优选大于或等于5的形状因子。然而，其优选小于或等于30。特别地，陶瓷颗粒可以是陶瓷纤维。这种颗粒导致定向微观结构，促进填料和基体之间的位错以及裂纹的扩展。它们还导致两种类型的孔隙率：纤维内的中孔隙和纤维与无机填料之间的大孔隙。
6、除非另有说明，否则以数量表示的平均形状因子对应于为给定颗粒组中的每个颗粒计算的以下比率r的平均数值，其中r表示比率[颗粒的最大尺寸]/[颗粒的最大横向尺寸]。
7、在一些实施例中，至少50数量％、优选至少80数量％，更优选至少95数量％的陶瓷颗粒的形状因子小于或等于1.5，并且优选小于或等于1.1。在这样的条件下，无机填料与陶瓷基体的颗粒形成不同尺寸的团聚物。
8、在一些实施例中，至少50数量％、优选至少80数量％、更优选至少95数量％的陶瓷颗粒具有10至100μm之间的尺寸。这里旨在考虑颗粒的最大尺寸。
9、在一些实施例中，陶瓷颗粒是氧化钇稳定的氧化锆颗粒。这种材料通常用缩写(ysz)表示。
10、在一些实施例中，无机填料具有大于1300℃的化学和结构耐温性。这使得无机填料能够抵抗普遍存在的高温，特别是在涡轮发动机的涡轮机中。
11、在一些实施例中，无机填料的热膨胀系数接近于陶瓷颗粒的热膨胀系数，在±20％以内，优选在±15％以内。这降低了在耐磨层内观察到差异膨胀的风险，这种差异膨胀会带来微裂纹的风险，从而大大降低其耐侵蚀性。
12、在一些实施例中，无机填料的导热率小于10w.m-1.k，优选小于5w.m-1.k。因此，无机填料有助于热保护耐磨层的基材免受普遍存在的高温的影响，特别是在涡轮发动机的涡轮中。
13、在一些实施例中，无机填料的显微硬度小于陶瓷颗粒的显微硬度，优选小至少20％，更优选小至少50％。特别地，陶瓷颗粒的显微硬度可以小于5gpa。因此，无机填料具有低机械强度，这有助于耐磨层的良好耐磨性。
14、在一些实施例中，无机填料的杨氏模量小于陶瓷颗粒的杨氏模量，优选小至少20％。特别地，无机填料的杨氏模量可以小于180gpa。因此，无机填料具有低机械强度，这有助于耐磨层的良好耐磨性。
15、在一些实施例中，无机填料的韧性小于陶瓷颗粒的韧性，优选小至少20％，更优选小至少80％。特别地，无机填料的韧性可以小于2mpa.m1/2。
16、在一些实施例中，无机填料是氧化镧，优选lapo4或la2zr2o7。这些化合物满足所有所需的机械和热标准。
17、在一些实施例中，至少50体积％、优选至少80体积％、更优选至少95体积％的无机填料处于脱水相。特别地，它可以是独居石相。这种脱水相的效果是更好的固体润滑和位错性能。
18、在一些实施例中，该方法包括无机填料的热预处理步骤，该步骤在800和1600℃之间的温度下进行，优选在800和1400℃之间的温度下进行，更优选在900和1200℃之间的温度下进行，更优选在1000和1150℃之间的温度下进行，甚至更优选在1050和1150℃之间的温度下进行。这种热预处理步骤可以控制无机填料的结晶度及其向脱水相的转变。由于相的结晶度影响无机填料的烧结行为，该步骤可以控制填料的机械性能及其与陶瓷基体的内聚力。特别地，该步骤使得可以调节无机填料的微观结构，以允许填料的烧结温度和基体的烧结温度之间良好的相容性，从而获得组件的均匀固结，导致良好的耐磨性。
19、在一些实施例中，无机填料的热预处理步骤持续30至120分钟，优选持续60至120分钟。
20、在一些实施例中，粉末组合物中无机填料的体积含量为10％至50％，优选25％至35％。事实上，专利技术人已经确定这样的含量能够在耐磨性和耐侵蚀性之间获得极好的折衷。
21、在一些实施例中，粉末组合物基本上由所述陶瓷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制造耐磨层(12)的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少50数量％，优选至少80数量％，更优选至少95数量％的陶瓷颗粒的形状因子大于或等于3。
3.根据权利要求1所述的方法，其中至少50数量％、优选至少80数量％，更优选至少95数量％的陶瓷颗粒的形状因子小于或等于1.5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述陶瓷颗粒为氧化钇稳定的氧化锆颗粒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述无机填料的显微硬度小于所述陶瓷颗粒的显微硬度，优选小至少20％，其中所述无机填料的杨氏模量小于陶瓷颗粒的杨氏模量，优选小至少20％，以及其中所述无机填料的韧性小于所述陶瓷颗粒的韧性，优选小至少20％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述无机填料为氧化镧，优选为LaPO4或La2Zr2O7。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中至少95体积％的无机填料处于脱水相中。
8.根据权利要求7所述的方法，包括在900-1200℃之间，优选在1000
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述无机填料在所述粉末组合物(30)中的体积含量在10％至50％之间，优选在25％至35％之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括混合所述粉末组合物(30)的步骤，其中所述混合步骤通过干混合进行，优选使用三维动态混合器，其中所述三维动态混合器包括混合珠，所述混合珠相对于所述粉末组合物的质量比为0：1至1：1，并且其中所述混合步骤的持续时间为5分钟至4小时，优选1-2小时。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述烧结步骤通过放电等离子体烧结来进行。
12.一种用于制造涂覆有耐磨层(12)的基材(10)的方法，所述基材(10)是涡轮发动机部件，其中通过实施根据权利要求1至11中任一项所述的方法在所述基材上形成所述耐磨层，粉末组合物(30)沉积在所述基材(10)的表面(S)上。
13.一种制造涂覆有耐磨层(12)的基材(10)的方法，所述基材是涡轮发动机部件，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种制造耐磨层(12)的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少50数量％，优选至少80数量％，更优选至少95数量％的陶瓷颗粒的形状因子大于或等于3。
3.根据权利要求1所述的方法，其中至少50数量％、优选至少80数量％，更优选至少95数量％的陶瓷颗粒的形状因子小于或等于1.5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述陶瓷颗粒为氧化钇稳定的氧化锆颗粒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述无机填料的显微硬度小于所述陶瓷颗粒的显微硬度，优选小至少20％，其中所述无机填料的杨氏模量小于陶瓷颗粒的杨氏模量，优选小至少20％，以及其中所述无机填料的韧性小于所述陶瓷颗粒的韧性，优选小至少20％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述无机填料为氧化镧，优选为lapo4或la2zr2o7。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中至少95体积％的无机填料处于脱水相中。
8.根据权利要求7所述的方法，包括在900-1200℃之间，优选...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅勒妮·鲁塞尔，佛罗伦萨·安萨特，克劳德·吉尔伯特·让·皮埃尔·埃斯图内斯，纪尧姆·弗拉代，阿诺·路易斯·加布里埃尔·弗雷基亚克，塞尔日·乔治·弗拉基米尔·塞列兹涅夫，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，
类型：发明
国别省市：
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