文档介绍：超音速等离子喷涂沉积可磨耗封严涂层研究
吴秀英1,韩志海2,白宇2
1、陕西工业技术研究院,陕西,西安
2、西安交通大学,金属材料强度国家重点实验室,陕西,西安
摘要:本文采用超音速等离子喷涂沉积Ni-C及NiCr-BN可磨耗封严涂层,对比研究两种涂层的结合强度、表面硬度及在不同冲蚀角下的冲蚀磨损性能,结果表明:两种涂层中的润滑相(C或BN)均匀分布在金属连续相之中,但与Ni-C涂层相比,NiCr-BN涂层中的润滑相尺寸更为细小。由于Ni-C涂层中的石墨润滑相较为粗大,降低了金属连续相之间有效的结合面积,使得NiCr-BN涂层的结合强度及表面硬度均高于Ni-C涂层。此外,在冲蚀实验中,30°冲蚀角下Ni-×10-4,而NiCr-×10-4,后者为前者的54 %;90°冲蚀角下Ni-×10-3,而NiCr-×10-4,后者为前者的50 %,表明NiCr-BN涂层的抗冲蚀性能要优于Ni-C涂层。
关键词:超音速等离子喷涂;可磨耗封严涂层;结合强度;表面硬度;冲蚀磨损
在透平机械中,间隙密封的可靠性对于压缩机或鼓风机机组的安全、高效运行及节能环保具有重要意义。目前,先进机组正在向大容量、高效率、高压缩比,以及在特殊介质(如工业煤气、硫化氢、硝酸、醋酸、氢溴酸等)应用的方向发展。在传统的级间迷宫式密封技术中,高流速的腐蚀介质及硬质颗粒会造成密封面的磨损腐蚀,导致间隙变大、损耗增加及机组效率降低,严重时必须停机检修,影响安全生产。目前改进的方案是在轴端采用干气密封、碳环密封或蜂窝密封等,但这些材料成本高昂,应用受到限制,难以大范围推广应用。
自上世纪八十年代以来,随着航空工业的迅速发展,对航空发动机性能提出了越来越高的要求。大推力、高效率、低油耗已成为发动机设计和制造的总体目标。为此,应尽量提高涡轮机进口气体温度,减少转子与静子部件之间的间隙,提高压缩比。当结构与材料已经确定时,减少压气机、涡轮机叶尖与机匣之间气
隙损耗,提高间隙和轴密封技术水平,已成为提高发动机性能的重要手段。采用热喷涂技术在间隙处制备可磨耗封严涂层由于其生产工艺简便,修复和性能调整简易,封严效果好,并为机匣提供绝热保护,减少高温、高速燃气引起的扰动或喘振等不稳定现象而得到迅速发展[1, 2]。
目前用于航空发动机上的可磨耗封严涂层大致有20多种,大多由各种金属基材料(Al基、Cu基、Ni基、Co基等)加不同比例的各种固体润滑剂(如石墨、氮化硼、高分子材料等)构成[3-5]。按使用部件的温度区分,可分为低温类(325℃以下)、中温类(325~480℃)和高温类(480~815℃)三类。按材料组成,低温类封严涂层通常由铝基合金(如Al-Si合金)与一定比例的自润滑高分子材料(如聚酯、聚酰亚铵等)组成;中温类常有铝基合金(Al-Si)、镍基合金(Ni、NiCrAl等)与石墨或氮化硼组成;高温类则有Ni基、Co基(CoNiCrAlY)、Cu基(CuAlFe,铝青铜)合金与高温润滑剂(硅藻土、氮化硼等)组成。这类涂层一个共同的特点就是要求涂层不能太硬(通常可通过调整软性固体润滑剂的比例或涂层的孔隙率来控制表面洛氏硬度),并具有良好的自润滑性能。当密封偶件的韧尖刮削封严涂层