一种热喷涂用柔性线材的制备方法

摘要

本发明属于涡轮发动机领域，具体为一种新型热喷涂用柔性线材的制备方法，采用粉末材料用于在高温下工作具有抗磨粒、抗硬面、抗微动和颗粒冲蚀磨损性能的零部件表面涂层涂敷，可以广泛应用于各型发动机类似零件表面涂层的制备。本发明通过真空雾化工艺环节设备研制，整体设备的配套性、系统性研究，合金元素、杂质元素的含量控制，特别是氧含量的控制等，制备了合金粉末，通过橡胶粘接剂体系的选择，柔性线材加工成型设备设计，最终制备出柔性线材。该热喷涂用柔性线材材料正是起着一种极其重要的承上起下的提高结合力作用，同时还要具备优异的高温耐热性能，满足了发动机的使用需求，喷涂该种新型线材能够使零部件的工作能力提高3～4倍。

权利要求

1.一种热喷涂用柔性线材的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)合金粉末的制备

a)配料

合金粉末采用镍基合金，按重量百分比计，其化学成分为：Al 20～24；Cr 1.5～4.0；W 

0.5～2.0；Mo 0.5～2.0；Co 0.5～2.0；Ti 1.0～1.5；Ni余量；

b)熔炼

Ⅰ)中频电源按操作规范进行；

Ⅱ)投料顺序：镍、铬、钨、钼、钴、铝铁、钛铁；

Ⅲ)出炉温度1500～1600℃，并雾化过程中持续加热；

Ⅳ)通上氮气，出炉雾化；

c)雾化工艺参数

2

环缝0.6～1.0mm；漏嘴直径5～9mm；漏嘴高度32.0～32.6mm；雾化压力20～30kg/mm；

2)柔性线材的制备

a)在甲基硅橡胶中倒入与其相适应的固化剂、偶联剂，固化剂占甲基硅橡胶重量的6％～10％，偶联剂占甲基硅橡胶重量的1％～5％，并搅拌2分钟以上，形成粘结剂；

b)将上述粘结剂倒入合金粉末中，合金粉末与粘结剂的重量比为90～95：5～10搅拌至获得均匀的塑胶，配成的塑胶应有粘性，并在拉伸时有光亮的纤维；

c)在压力机上将配制的塑胶压制成柔性线材，压制速度为2～8米/分钟，同时盘放在卷筒上；

d)将柔性线材置于干燥相中，110℃±10℃热处理2～3小时，空冷；

合金粉末的粒度范围如下：0.16mm筛上0；0.056mm筛上不大于5wt％；0.045mm筛上不大于40％；其余为低于0.045mm，柔性线材的直径范围为4.0～4.3mm。

说明书

一种热喷涂用柔性线材的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于涡轮发动机领域，具体为一种新型热喷涂用柔性线材的制备方法，采用粉末材料用于在高温下工作具有抗磨粒、抗硬面、抗微动和颗粒冲蚀磨损性能的零部件表面涂层涂敷，可以广泛应用于各型发动机类似零件表面涂层的制备。

背景技术

[0002] 在研制现代化燃气涡轮发动机时，无论是提高发动机本身的效率，还是提高发动机部件特别是压气机的效率都具有很大的意义。而发动机热端部件，尤其是燃烧室部件，所使用材料的耐热性非常重要。为此，需要在材料表面上涂敷各种不同的耐热涂层，以降低由于高温产生的气体腐蚀、材料磨损。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种新型热喷涂用柔性线材的制备方法，获得的热喷涂用柔性线材具备较高的涂层隔热性能和结合强度，满足发动机零部件使用工况要求。

[0004] 本发明的技术方案是：

[0005] 一种新型热喷涂用柔性线材的制备方法，具体步骤如下：

[0006] 1)合金粉末的制备

[0007] a)配料

[0008] 合金粉末采用镍基合金，按重量百分比计，其化学成分为：Al 20～24；Cr 1.5～4.0；W 0.5～2.0；Mo 0.5～2.0；Co 0.5～2.0；Ti 1.0～1.5；Ni余量；

[0009] b)熔炼

[0010] Ⅰ)中频电源按操作规范进行；

[0011] Ⅱ)投料顺序：镍、铬、钨、钼、钴、铝铁、钛铁；

[0012] Ⅲ)出炉温度约1500～1600℃，并雾化过程中持续加热；

[0013] Ⅳ)通上氮气，出炉雾化；

[0014] c)雾化工艺参数

[0015] 环缝0.6～1.0mm；漏嘴直径5～9mm；漏嘴高度32.0～32.6mm；雾化压力20～30kg/mm2；

[0016] 2)柔性线材的制备

[0017] a)在甲基硅橡胶中倒入与其相适应的固化剂、偶联剂，固化剂占甲基硅橡胶重量的6％～10％，偶联剂占甲基硅橡胶重量的1％～5％，并搅拌2分钟以上，形成粘结剂；

[0018] b)将上述粘结剂倒入合金粉末中，合金粉末与粘结剂的重量比为90～95：5～10搅拌至获得均匀的塑胶，配成的塑胶应有粘性，并在拉伸时有光亮的纤维；

[0019] c)在压力机上将配制的塑胶压制成柔性线材，压制速度为2～8米/分钟，同时盘放在卷筒上；

[0020] d)将柔性线材置于干燥相中，110℃±10℃热处理2～3小时，空冷。

[0021] 所述的新型热喷涂用柔性线材的制备方法，合金粉末的粒度范围如下：0.16mm筛上0；0.056mm筛上不大于5wt％；0.045mm筛上不大于40％；其余为低于0.045mm。

[0022] 所述的新型热喷涂用柔性线材的制备方法，柔性线材的直径范围为4.0～4.3mm。

[0023] 本发明的优点及有益效果是：

[0024] 1、本发明通过真空雾化工艺环节设备研制，整体设备的配套性、系统性研究，合金元素、杂质元素的含量控制，特别是氧含量的控制等，制备了合金粉末，通过橡胶粘接剂体系的选择，柔性线材加工成型设备设计，最终制备出柔性线材。该热喷涂用柔性线材材料正是起着一种极其重要的承上起下的提高结合力作用，同时还要具备优异的高温耐热性能。

[0025] 2、本发明通过技术方案的实施，确定了线材的制备工艺，研制的线材表面涂层的涂覆，涂层的质量良好，满足了发动机的使用需求，喷涂该种新型线材能够使零部件的工作能力提高3～4倍。

[0026] 3、本发明满足了发动机零部件高温条件下长寿命工作的需要，实现了材料的工程化应用，满足发动机制造需求，同时还可以推广使用到其它军机、民机和燃机，应用前景广阔。

附图说明

[0027] 图1为本发明合金粉末的制备工艺流程图。

[0028] 图2为本发明柔性线材的制备工艺流程图。

[0029] 图3(a)-图3(b)为柔性线材的形貌图。

具体实施方式

[0030] 在具体实施过程中，本发明新型热喷涂用柔性线材的制备方法，具体步骤如下：

[0031] 1)合金粉末的制备

[0032] 如图1所示，合金粉末制备的工艺流程为：高纯金属原料→高压氮气雾化→筛分或气体分级→粒度合格品→分析、检测→真空包装→粉末成品，筛分或气体分级后的返料经真空处理再进入高压氮气雾化。其中：

[0033] a)配料

[0034] 合金粉末采用镍基合金，其化学成分见表1。

[0035] 表1

[0036]元素 Al Cr W Mo Co Ti Ni
wt％ 25 3.0 1.0 1.0 1.0 1.2 余

[0037] b)熔炼

[0038] Ⅰ)采用中频感应熔炼，中频电源按操作规范进行；

[0039] Ⅱ)投料顺序：镍、铬、钨、钼、钴、铝铁、钛铁；

[0040] Ⅲ)出炉温度约1550℃，并雾化过程中持续加热；

[0041] Ⅳ)通上氮气，出炉雾化。

[0042] c)雾化工艺参数

[0043] 氮气雾化工艺参数见表2。

[0044] 表2

[0045]环缝 漏嘴直径 漏嘴高度 雾化压力
0.6～1.0mm 5～9mm 32.0～32.6mm 20～30kg/mm2

[0046] d)后处理

[0047] 后处理包括粉末收集、筛分、检验等，合金粉末的粒度范围如下：0.16mm筛上0；0.056mm筛上不大于5wt％；0.045mm筛上不大于40％；其余为低于0.045mm。

[0048] 2)柔性线材的制备

[0049] 如图2所示，柔性线材制备的工艺流程为：NiAlW粉末原料→捏合原料按规 格配制→混合、搅拌→搅拌捏合→挤压加工→烘干→检测→产品，搅拌捏合时加入粘结剂。其中：

[0050] a)按重量比配料见表3。

[0051] 表3

[0052]合金粉末 粘结剂
90～95 5～10

[0053] b)甲基硅橡胶中倒入与其相适应的固化剂、偶联剂，固化剂占甲基硅橡胶重量的6％～10％，偶联剂占甲基硅橡胶重量的1％～5％，并搅拌2分钟以上(一般为5～10分钟)，形成粘结剂；

[0054] c)将上述粘结剂倒入合金粉末中，搅拌至获得均匀的塑胶，配成的塑胶应有粘性，并在拉伸时有光亮的纤维；

[0055] d)在压力机上将配制的塑胶压制成柔性线材，压制速度为2～8米/分钟，同时盘放在专用的卷筒上；

[0056] e)将柔性线材置于干燥相中，110℃±10℃热处理2～3小时，空冷。如图3(a)-图3(b)所示，从柔性线材的形貌图，合金粉末牢牢地镶嵌在粘结剂中，粘结剂占较高的体积百分数，柔性线材的直径范围为4.0～4.3mm。

[0057] 实施例结果表明，该柔性线材是将合金粉末通过甲基硅橡胶拌和，压制成柔性线材。法、美、俄等国在解决陶瓷细粉的喷涂进料问题时，用有机外壳包裹的柔性丝材，目前在发达国家已被广泛用于先进火焰喷涂工艺的操作。但使用橡胶与合金粉末均匀拌和制成柔性线材尚未见先例，这种柔性线材极便于喷涂操作，其中的合金成份均匀。在喷涂过程中，借助专用机构将柔性线材通过喷枪口中心孔送至焰流高温区域，补给压缩空气与火焰流混合在一起，线材极快熔化或反应，喷射颗粒以超音速度与效率沉积于工件表面。