CN109881141A - NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层 - Google Patents
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层 Download PDFInfo
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Abstract
一种NiCoCrAlY/Cr2O3‑Ag‑CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层及其制备方法,本发明采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCoCrAlY/Cr2O3‑Ag‑CaF2.BaF2涂层材料,结构更加致密,采用灰度法测得涂层中孔隙率为0.36±0.05%,仅为等离子喷涂涂层的1/7。同时,该涂层具有高的显微硬度和结合强度,其室温下的摩擦系数约为0.7左右,而800℃时,摩擦系数约为0.3左右,均比等离子喷涂涂层要低。NiCoCrAlY/Cr2O3‑Ag‑CaF2.BaF2涂层中由于基体中加入了Al元素,使得涂层的抗氧化性能更好。
Description
技术领域
本发明总体涉及耐磨涂层领域,具体涉及采用超音速火焰喷涂技术制备NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层。
背景技术
镍基高温固体润滑耐磨涂层材料具有很好的高温强度、耐高温热腐蚀性能和耐高温氧化性能,已作为高温防护涂层材料广泛应用于航空航天、电力、核能和冶金等领域的高温相对运转部件上。但是随着工业的快速发展,现有的高温涂层材料已不能满足使用要求,迫切需要研制一种新型的宽温域的涂层材料。
目前,对于镍基高温固体润滑耐磨涂层材料的研究相对较多,但是,对于采用超音速喷涂技术制备NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2固体润滑耐磨涂层材料还未见报道。G.Kim等人采用等离子喷涂制备了NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层,研究了H2流量对涂层微观结构和性能的影响,研究发现:随着H2流量的增加,涂层中Cr2O3的含量增加,而Ag的含量减少,涂层的结合强度和维氏硬度均增加。H.Yang等人采用等离子喷涂制备了纳米Cr2O3增强NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层,并与非纳米Cr2O3增强NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2复合涂层进行了对比。研究发现:纳米Cr2O3增强涂层具有更好的显微结构和机械性能,涂层各相分布更加均匀,同时涂层的显微硬度和结合强度也更高。Ding C H等人采用高能球磨和粉末冶金技术制备了PM304涂层,研究了涂层的结构与性能。研究发现:PM304涂层结构致密,涂层具有良好的结合强度和耐磨性能。徐娜等人采用等离子喷涂技术制备了NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层,研究了热处理对涂层结构和性能的影响。研究发现:650℃热处理12或24h后,涂层结合强度增加;800℃时,BaF2氧化严重,涂层组织疏松,结合强度明显降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2高温固体自润滑耐磨涂层及其制备方法,该涂层主要应用于航空航天、电力、冶金等高温相对运转部件上。
根据本发明的NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的制备方法,包括以下步骤:
(1)按一定化学计量比称量Cr2O3、Ni、Cr、Co、Al、Y、Ag和CaF2.BaF2粉体,并和去离子水混合均匀,让后,放入球磨混料装置,球磨混料4~6h;
(2)将混合好的料浆加入粘结剂,用搅拌器混合均匀,并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡,采用离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒;
(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化,合金化温度为950℃,保温时间为8h;
(4)将合金化后的粉体进行破碎,并振动筛进行筛分,取粒径为20~45μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂;
(5)把基体放在丙酮中超声清洗,以除去基体表面的油渍和其它物质;干燥后,采用吸入式干喷砂机对基体表面进行喷砂预处理;
(6)采用超音速火焰喷涂设备制备涂层,经优化的喷涂参数如下:氧气流量50m3/h,喷涂距离350mm,送粉量30~40g/min,航空煤油21L/h。
具体情况下,步骤(1)中各组分的重量配比为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:40%~60%;Cr2O3:38%~50%;Ag:1%~10%;CaF2.BaF2:1%~10%。
等离子喷涂NiCr-Cr2O3-Ag-CaF2/BaF2涂层具有较好的润滑和耐磨性能,但是涂层的孔隙率相对较高,涂层抗氧化性能较差。本发明采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层材料,结构更加致密,采用灰度法测得涂层中孔隙率为0.36±0.05%,仅为等离子喷涂涂层的1/7。同时,该涂层具有高的显微硬度和结合强度,其室温下的摩擦系数约为0.7左右,而800℃时,摩擦系数约为0.3左右,均比等离子喷涂涂层要低。其中Ag的添加能够保持低温段(室温-400℃)的润滑性能,CaF2.BaF2的添加能够保持高温段(400℃-1000℃)的润滑性能,从而使得涂层具有宽温域自润滑耐磨性能。NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层中由于基体中加入了Al元素,使得涂层的抗氧化性能更好。
附图说明
图1为本发明的NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层的制备工艺流程图。
图2为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层的摩擦系数随温度的变化。
图3为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的磨损率随温度的变化。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明,本发明不受这些制造实施例所限。
本发明采用超音速火焰喷涂技术制备NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层,其制备工艺流程如图1所示。
具体制备过程分为两部分:
1.粉体的制备
(1)按一定化学计量比称量Cr2O3、Ni、Cr、Co、Al、Y、Ag和CaF2.BaF2粉体,并和去离子水按一定比例混合均匀,让后,放入球磨混料装置,球磨混料4~6h。
各组分的重量配比为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:40%~60%;Cr2O3:38%~50%;Ag:1%~10%;CaF2.BaF2:1%~10%,其中CaF2.BaF2为CaF2和BaF2的混合粉体,二者之间的摩尔比为1:1。
(2)将混合好的料浆加入一定量的粘结剂,用JJ-1增力电动搅拌器混合均匀,并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡,采用LGZ高速离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒。
(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化,合金化温度为950℃,保温时间为8h。
(4)将合金化后的粉体进行破碎,并振动筛进行筛分,取粒径为20~45μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂。
2.涂层的制备
(1)把基体放在丙酮中超声清洗10min,以除去基体表面的油渍和其它物质。干燥后,采用GS-943型吸入式干喷砂机对Ni基高温合金基体表面进行喷砂预处理。
(2)采用TⅠ-Ⅱ3200CY型超音速火焰喷涂设备制备涂层,经优化的喷涂参数如下:氧气流量50m3/h,喷涂距离350mm,送粉量30~40g/min,航空煤油21L/h。
实施例1
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层,其组成为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:50%;Cr2O3:40%;Ag:5%;CaF2.BaF2:5%。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体,并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料,测试其摩擦系数和磨损率。
图2所示为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2涂层的摩擦系数随温度的变化。如图所示,超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的摩擦系数随着温度的升高逐渐降低,在800℃时,摩擦系数最低,约为0.3左右,这主要是因为在高温下,涂层表面生成了CaF2.BaF2润滑膜的原因。
图3为超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的磨损率随温度的变化。如图所示,涂层的磨损率随着温度的升高先增大后减小,在200℃时,磨损率达到最大,约为7.76×10-4mm3/Nm;而在在800℃时,磨损率达到最小,约为2.75×10-4mm3/Nm。这主要是因为在高温下CaF2.BaF2发生软化,软化后的CaF2.BaF2在剪应力的作用下,在涂层表面生成润滑膜的原因。
结论:通过测试其800℃时,摩擦系数和磨损率最低,分别为0.3和2.75×10-4mm3/Nm。
实施例2
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层,其组成为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:45%;Cr2O3:45%;Ag:2.5%;CaF2.BaF2:7.5%:。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体,并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料,测试其摩擦系数和磨损率。
结论:通过测试其800℃时,摩擦系数和磨损率最低,分别为0.38和2.52×10-4mm3/Nm。
实施例3
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层,其组成为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:40%;Cr2O3:50%;Ag:5%;CaF2.BaF2:5%。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体,并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料,测试其摩擦系数和磨损率。
结论:通过测试其800℃时,摩擦系数和磨损率最低,分别为0.32和2.68×10-4mm3/Nm。
实施例4
NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层,其组成为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:60%;Cr2O3:38%;Ag:1%;CaF2.BaF2:1%。采用喷雾造粒和固相合金化技术制备出复合粉体,并采用超音速火焰喷涂技术在镍基高温合金表面沉积涂层材料,测试其摩擦系数和磨损率。
结论:通过测试其800℃时,摩擦系数和磨损率最低,分别为0.40和2.48×10-4mm3/Nm。
本领域技术人员应当理解,以上实施例仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的原则和精神以内,所做的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种NiCoCrAlY/Cr2O3-Ag-CaF2.BaF2复合涂层的制备方法,包括以下步骤:
(1)按一定化学计量比称量Cr2O3、Ni、Cr、Co、Al、Y、Ag和CaF2.BaF2粉体,并和去离子水混合均匀,让后,放入球磨混料装置,球磨混料4~6h;
(2)将混合好的料浆加入粘结剂,用搅拌器混合均匀,并加入少量消泡剂以去除料浆中的气泡,采用离心喷雾造粒干燥机对料浆进行喷雾造粒;
(3)将造粒好的粉体在惰性气氛下进行合金化,合金化温度为950℃,保温时间为8h;
(4)将合金化后的粉体进行破碎,并振动筛进行筛分,取粒径为20~45μm之间的颗粒用于超音速火焰喷涂;
(5)把基体放在丙酮中超声清洗,以除去基体表面的油渍和其它物质;干燥后,采用吸入式干喷砂机对基体表面进行喷砂预处理;
(6)采用超音速火焰喷涂设备制备涂层,经优化的喷涂参数如下:氧气流量50m3/h,喷涂距离350mm,送粉量30~40g/min,航空煤油21L/h。
2.根据权利要求1所述的制备方法,步骤(1)中各组分的重量配比为:Ni:Co:Cr:Al:Y=74:2.5:17.5:5.5:0.5;NiCoCrAlY:40%~60%;Cr2O3:38%~50%;Ag:1%~10%;CaF2.BaF2:1%~10%。
3.由权利要求1所述的制备方法制备的高温固体自润滑耐磨涂层。
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