火焰喷涂镍／石墨封严涂层热稳定性研究

结合 强度下降。
关 键 词 ： 镍 ／ 墨 封 严 涂 层 热 稳定 火 焰 喷 涂 石
中图 分 类 号 ： Ｔ ７ ．４ Ｇ１ ４ ４ ２
涂 层 性 能
０ 前
言
文 中采用 火 焰喷 涂工 艺 制 备 了 Ｎ／ ｉＣ封严 涂 层 ， 在 ５ ０℃ 氧化 性气 氛 中进行 热稳 定试 验 ， ０ 测定 涂层 性 能随
持 在 ６ ． Ｒ１ｙ ４ １Ｈ ５ 。
２ ２ 涂层 的物 相分 析 ．
＿
Ｎ／ ｉＣ喷 涂粉末 及 涂层 的 Ｘ Ｄ衍 射分 析结 果显 示 ： Ｒ Ｎ／ ｉＣ喷涂 粉 末 中只 存 在镍 和石 墨 两 种 相态 的特 征 峰 ，
憩 摇
如 图 ２所示 。火 焰 喷 涂 制 备 的 Ｎ／ ｉＣ封 严 涂 层 与 原 始 粉末 成分相 似 ， 只存 在镍 和石 墨 两 种相 态 的特 征 峰 ， 但 是镍 的特征 峰 出现 了宽 化 ， 且 向左发 生 了漂移 ， 明 并 说 涂层 中的金 属 镍 出 现 了微 晶 化 现 象 。涂 层 经 过
热稳 定 时 间变化 的规 律 。
１ 试 验 材料及 方 法
减小 航空 器涡 轮喷 气发 动机 压气 机 的转 子 （ 叶片 ） 与静 子 （ 匣 ） 隙 ， 于提 高发 动机性 能 至 关重 要 … 。 机 间 对 间 隙过小 可 能造 成 叶尖 的 磨损 ， 隙 过 大 造 成 压 气 机 间 效率 降低 ， 加油耗 ， 增 因此 人们 在机 匣 表 面采 用 具 有 可 刮削 性 的封严 涂 层 来 保 护 叶尖 ， 保证 不 损 失 压 气 机 效 率 ， 增加 发 动机 的喘 振裕 度 。有 资料 显 示 ， 并 叶尖 间 隙 与 叶片长 度 的 比值 每 增 加 １ ， 轮 效 率 损 失 就 增 加 ％ 涡
１ ～３％ 【 引 ％ 一
。
１ １ 涂 层制 备 ．
基 体选择 ４ ５钢 ， 度 试 样 尺 寸 为 ２ ｍ × ５ｍｍ 硬 ５ｍ ２
× ６ｍｍ， 拉伸 试样 尺寸 为 ５ ４ ｍ × ｍ， 样 喷涂 ． ｍ ６ ｍ 试
前采 用 丙酮 清洗 试样 表 面 ， 然后 用 ４２ ｍ 白刚 玉砂 对 １
生产应用 ｒ 掳 蜉
火 焰 喷 涂 镍／ 墨 封 严 涂 层 热 稳 定 性 研 究 石
中国 民航 大学 天津 市 民用航 空 器适航 与 维修 重 点 实验 室（ ０ ３ ０ ３ｏ ｏ ） 贾 鹏 王 志 平
中 航 工 业 哈 尔 滨 东 安 发 动 机 集 团 有 限 公 司（５ ０６ １０ ６ ）
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慧 蒜 器
ｆ ｍ ｎ Ｊ ．Ｍａ ｒ ｌ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ｇ Ａ，０３ ｏ ｉｇ［ ］ ｒ ｔ ｉｓ ｃ ｎｅａｄ Ｅ ｇ ｅｉ ２０ ， ｅａ ｅ ｎ ｎ
（ ）涂 层 硬 度 ｂ
长而 升高 。热 稳定 时 间 小 于 ５ ０ｈ时 ， 层 硬 度 随热 稳 涂 定 时 间 的增长 快速 升高 ， ４ ． Ｒ１ｙ接近 线 性快 速 由 ５ ９Ｈ ５
上升 到 ５ ． １ ｙ 超 过 ５ 现 平稳上 升 ， １ ０ｈ ６ ８ＨＲ ５ ； ０ｈ呈 到 ５
线扫描距离 Ｌ ｐ ／￣ ｍ
（ ）大量 氧 化 亚 镍 的存 在 造 成 涂 层 硬 度 上 升 ， ３ 条
纹状 氧化 亚镍 割 裂 了镍 基 骨 架 的连 续 性 ， 成 涂 层 结 造 合强 度下 降 。
参 考 文 献
（）区域 Ｂ氧 元 素 线 扫 描 结 果 ａ
Ｇｈａ ｒｐ ｏ ｓ ｉｏ ｒＦ，Ｓ ｈ ｉ Ｒ ，Ｄｏ ｆ ，ｅ ． Ａ ｅ ｉｗ ｆｃｅ ｒ ｃ ｍ ｄ Ｋ ｒｍ ｔａ １ ｒ ｖｅ ｏ ｌａ —
５ ０ ｃ ３ ０ｈ热稳 定 后 ， 的特 征 峰宽 化 和 向 左漂 移 ０ ｌ Ｘ ０ Ｃ 镍 的现 象 消失 ， 明在 长 时 间热 稳 定 状态 下 ， 层 经 过类 说 涂
６６ ２１ ０ ２年 第 ５期
浆
衍射 角 ２ （ ） Ｏ 。
图 ２ 镍石墨喷涂粉末 的 Ｘ Ｄ衍射 图 Ｒ
粒径 一 ０ ｍ ＋ ５ ｍ； ｉＣ涂层制 备 采用 镍 包 石 墨复 ９ ４ Ｎ／
合粉 末 为 Ｎ ５ 粉 末 粒径 一 ０ ｍ ＋ Ｏ ｍ。 为 除去 ｉ Ｃ， １ ９ ３ 喷 涂粉 末 中的 水 分 ， 涂 前 在 恒 温 干 燥 箱 中 １ ０℃ 下 喷 ０ 干燥 ２ｈ 。涂 层 制 备 采 用 Ｓ ｌ ｒ＆ Ｍｅ ｏ公 司 生 产 ６ ｕｚ ｅ ｍ Ｐ
基体 表 面进 行 喷砂粗 化处 理 。 粘 接层 制备 采 用 镍 包 铝 复合 粉末 ， Ｎ５ １粉 末 为 ｉＡ ，
Ｎ／ ｉＣ封严 涂 层广 泛应 用 于航 空 发动 机压 气机 机 匣
内表 面 ， 由一 定 比例 的 镍 与 石 墨 组 成 ， 部 含 有 孔 隙 ， 内 镍 的作用 是保 证涂 层 与金 属部 件 的 良好 粘 结 以及将 石 墨颗 粒 固定在 涂层 中 ， 墨则 起 到 固体 润 滑 剂 的作 用 ， 石 减小 对偶 部 件 的磨 损 。 目前 镍／ 墨 封 严 涂 层 的 相 关 石 研究 主要 集 中在 喷涂 粉 末 的 制 备 工 艺 、 涂 工 艺 对涂 喷 层性 能 的影响 以及 相 关 检测 手段 的研 发 Ｊ 。针对 该 涂层 的热 稳定 性 的深入 研究 尚未 展开 。
火焰 喷涂枪 ， 制柜 采用 ６ 控 Ｃ控 制柜 。为保 证 喷涂 工艺
的准确 性 ， 用 Ａ Ｂ公 司生 产 的 ２ １ ／ ６型 六 轴 机 械 采 Ｂ ２４ １ 手控 制 喷涂枪 的移动 。 喷涂参 数见 表 １ 。
表 １ 镍 石 墨 封 严涂 层 制 备 工 艺 参 数
１ ２ 涂 层 的热稳 定试 验 ．
收稿 日期 ：２ １ ｏ ０ ２一 ２—１ ９
采用 Ｓ Ｊ Ｒ Ｘ一８一ｌ ３型箱 式 电阻炉 对火 焰 喷涂 制 备
２１ ０ ２年第 ５期 ６５
wenku.baidu.com
俘 荔 生产应用
的 Ｎ／ ｉＣ封严 涂 层进 行热 稳定 试 验 ， 检测 高 温 氧 化性 气
氛 对 涂 层 性 能 的 影 响 ， 稳 定 温度 为 ５ ０ ℃ ， 长 为 热 ０ 最 似退火 的热处理 ， 晶化 现 象 消失 ， 微 因此 镍 的特 征 峰 宽 化和漂 移 现象 同时 消失 ； 时碳 的特 征 峰 消失 ， 同 出现 了
岂
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取 平 均值 ； 层 硬 度 测 试 采 用 时 代 公 司 生 产 的 Ｔ ３０ 涂 Ｈ ２
型硬 度仪 ， 度 标 尺 采 用 Ｈ ５ ， 试 １ 硬 Ｒ１ ｙ 测 ０个 硬 度 取 平 均值 。 涂层 微 观 分 析 采 用 蔡 斯 公 司生 产 的 Ａ ｉ Ｉ ｇ ｒ ｘ ｍａｅ． ｏ ＡＩ Ｉ 立研 究级 材料 显微 镜 进行 ； 用 Ｄ ＭＡ Ｉ正 Ｔ 采 ／ Ｘ一 ５ ０ ２０
ａ ｃ ｏ ｔ ｌ ａ ｃ ａ ｉｍｓ ｆｒｌｗ ｔｍｐ ｒｔ ｅ ｌ ｍｉ ｕ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｒｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｅ ｅａ ｕ ｒ ａｕ ｎ ｍ ｏ ｗｅ ｏ
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ｓｉ ｎ ａ ｏｓ Ｃ］ Ｐｏｅｄｎ ｆｔｅ ｈ Ｉｔ ｎｔ ｎｌ ｉｃ ｌ ｙ ［ ． ｒｃｅ ｉ ｏ ｈ １ ｎｅ ａｉ ａ ｌｏ ｌ ｇ ５ ｔ ｒ ｏ
图 １ 涂层 结 合 强 度 和 硬 度 在 ５０ｏ 随 热 稳 定 时 间 ０ Ｃ下 的 变 化 趋 势
上升 到 ６ ． １ ｙ 热稳 定 时 间超过 １０ ｈ后 ， ３ １ＨＲ ５ ； ５ 涂层 的 硬度 基本 稳定 ， 出现 明显 变 化 ， ３ ０ ｈ涂 层 硬度 维 未 到 ０
Ｔ ｅｍａ ｐ ａ ｏ ｆｒ ｎ ｅ Ｎ ｃ ， ９ ８ ｈ ｒ ｌＳ ｒ ｙ Ｃ ｎ ｅ ｅ ｃ ． ｉ ｅ １ ９ ． Ｌ ， ａ ｇ Ｈ Ｏ， ｉ ｅ １ ｉ Ｍ Ｙ ｎ Ｌ ｎ Ｘ， ｔ ．Ｔｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｆｐ ｏ ｅ ｓ Ｙ ａ ｅｉｆ ｅ ｃｓｏ ｒｃ ｓ— ｌ ｉ ｇｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｒ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｔ ｎ ｕ ｉｇ ｌｓ ｒｒ ｐ ｄ ｎ ａａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｍｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｉ ｓｄ ｒ ａｅ ａ ｉ ｏ ａｏ ｎ
热稳 定 时 间 ｔｈ ／
（ ）涂 层 结 合 强 度 ａ
在高 温氧 化性 气 氛 中 ， ｉＣ封 严 涂 层硬 度及 结 合 Ｎ／ 强 度 随 时间变 化结 果如 图 １所示 。
由图 １ 可 以看 出 ， ａ 涂层 的结 合强 度 随 热 稳定 时 间 的增 长而 降低 。热 稳 定 时 间小 于 ５ ０ｈ时 ， 合 强度 随 结 热 稳 定 时间 的增 长快速 降 低 ， １ ． ａ 近 线性 快 由 ４ １ＭＰ 接 速下 降到 ９ １ＭＰ ； 过 ５ ． ａ 超 ０ｈ呈 现平 稳 下 降 ， １０ｈ 到 ５
摘要
韦 宁 张彦飞
采用火焰喷涂工艺制备 了镍／ 石墨封严涂层 ， ５０℃氧 化性气 氛 中进 行热稳 定性试 验。涂层 力学 测 在 ０
试结果表明 ： 热稳定后涂层 硬度上升 ， 结合 强度 下降 ； 随着 热稳 定时 间 的延长 ， 涂层 的硬度 和结合 强度趋 于稳 定 。 Ｘ Ｄ、 Ｄ Ｒ Ｅ Ｓ和涂层微观组织分析发现 ： 涂层热稳定 ３ ０ｈ ， ０ 后 石墨生成气体脱 离涂层 ， 造成镍基 骨架暴 露在高温氧 化 性气氛中发生氧化反应 ， 导致涂层硬度上升 ， 部分生成于骨架 内部 的条纹状 氧化物割裂 了基体 的连续性 ， 造成涂层
憩
Ⅱ
型 ｘ射 线衍 射仪 （ Ｒ 对 喷涂 粉末 和涂 层进行 物相 分 Ｘ Ｄ） 析 ； 层 微 区 成 分 分 析 采 用 配 备 能 谱 仪 的热 场 发 射 涂
Ｇ ａｔ Ｆ Ｇ ２ ０型扫描 电镜 进行 。 ｕ ｎａ Ｅ ５ ２ 试 验结 果与 分析 ２ １ 涂层 的力 学性 能 ．
俘 掳 生产应用
后 ， 层硬 度 上 升 ， 合 强 度 下 降 ； 着 热 稳 定 时 间 的 涂 结 随 延长 ， 涂层 的硬 度 和结合 强度 趋 于稳定 。
（ ）经过 ５ ０ｏ ２ ０ Ｃ×３ ０ｈ热 稳 定后 ， 层 中的石 墨 ０ 涂
发生 烧蚀 ， 生成 气体 脱离 涂 层 ， 成 涂层 内部 出现 大量 造
３０ｈ ０ 。涂层的热稳定性主要依据结合强度和涂层硬度 两 个 指标评 价 。 １ ３ 涂层组 织 及性 能分 析 ．
涂层 结合 强度 采用 新 三思 材 料 检测 有 限 公 司生 产 的 Ｃ ５０ ＭＴ ６ ５型 电子 万 能试 验 机 测 试 ， 验结 果 为 ５次 试
镍 的氧化物（ ｉ ） ＮＯ 的特征峰， 如图 ３ 所示。
魁 憩 摇 ２ 皋
空洞 ， 为高温 氧化 性气 氛 深 入涂 层 内部 的通 道 ， 气 成 空
中的氧与 金属镍 发生 反应 ， 成 氧化 亚 镍 ， 浓度 梯 度 生 在
的作 用下 向镍 基 骨 架 纵 向 内部 渗 透 ， 成 围 绕 在 石 墨 形
区域 边缘 的灰 色 氧化 物 ， 部分 氧元 素 沿 镍 骨 架 内部 的 高 活性 区 向内部渗 透 ， 成条 纹状 氧化 物 。 形
下降 到 ７ ８ＭＰ ； 稳 定 时 间超 过 １０ ｈ后 ， 层 的结 ． ａ 热 ５ 涂 合强 度基 本稳 定 ， 出现 明显 下 降 ， ３ ０ ｈ涂 层结 合 未 到 ０
强度 维持 在 ７ ５ＭＰ 。 ． ａ
热稳 定 时 间 ｔｈ ／
喽
由图 １ ｂ可 以看 出 ， 层 的硬 度 随 热稳 定 时 间 的增 涂