專利名稱：氧化鈦鍶和由其制得的可磨損涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鈦鍶(strontium titanium oxides)和它們在涂料中的應(yīng)用。特 別地，氧化鈦鍶可以用于陶瓷或金屬涂料中以便為燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪增壓器、壓縮機(jī)、汽輪機(jī) 等提供可磨損涂料(abradable coatings)。
背景技術(shù)：
容易以受控方式磨損的材料用于一些應(yīng)用中，包括用作可磨損密封物。旋轉(zhuǎn)的部 分和固定的可磨損密封物之間的接觸造成可磨損材料腐蝕成一定的形態(tài)，該形態(tài)在接觸 區(qū)與運(yùn)動的部分密切吻合并適合運(yùn)動的部分。換句話說，運(yùn)動的部分磨損掉一部分可磨 損的密封物以便該密封物呈現(xiàn)一種與運(yùn)動部分精確配合的幾何構(gòu)型，即密合間隙(close clearance gap)。這能有效地形成具有極其嚴(yán)格的容限的密封?？赡p密封物的一種特定的應(yīng)用是它們在軸向流燃?xì)廨啓C(jī)中的使用。軸向流燃?xì)?輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)或轉(zhuǎn)子是由數(shù)個依附在軸上的葉片組成的，軸安裝在保護(hù)罩內(nèi)。操作時， 軸和葉片在保護(hù)罩內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)部分和“熱”燃燒部分中，輪機(jī)保護(hù)罩的內(nèi)表 面最優(yōu)地涂布可磨損材料。在保護(hù)罩中軸和葉片組合的初始布局使得葉片尖端盡可能與可 磨損涂層靠近。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，減少軸向流燃?xì)廨啓C(jī)中的回流以便使輪機(jī)的效率最大 化很重要。這一點是通過使葉片尖端和保護(hù)罩內(nèi)壁之間的間隙最小化來實現(xiàn)的。然而，當(dāng) 輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)時，由于離心力原因它們在一定程度上膨脹。然后，旋轉(zhuǎn)的葉片尖端接觸可磨 損材料并在涂層中精確地刻劃規(guī)定的凹槽而不接觸保護(hù)罩本身。這些凹槽提供允許葉片在 上升的溫度下旋轉(zhuǎn)所需的精確的間隙，并由此為輪機(jī)提供基本上適合定制的密封。為了使渦輪機(jī)葉片在可磨損涂層中切出凹槽，形成該涂層的材料必須較容易磨損 而不會磨損葉片尖端。這需要仔細(xì)平衡涂料中的材料。在這種環(huán)境中，可磨損涂料也必須 對顆粒腐蝕性和在上升的溫度下的其它退化作用顯示出良好的抗性?？垢g性對于在發(fā)動機(jī)的整個壽命中保持統(tǒng)一的間隙是必須的，否則發(fā)動機(jī)的使 用性能會受到不利的影響。作為約3000次發(fā)動后密封腐蝕的結(jié)果，常規(guī)的商業(yè)輪機(jī)發(fā)動 機(jī)顯示在葉片尖端周圍的氣流增加2%。這多數(shù)歸功于可磨損密封物和葉片尖端翼剖面 (blade airfolil tip)的腐蝕，和葉片尖端和密封物之間的摩擦相互作用。在氣路速度較 高的軍用發(fā)動機(jī)應(yīng)用中，抗腐蝕性極其重要。在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或航空發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)部分使用的氣密物有幾種。歷史上最老的是 金屬毛氈(feltmetal)，它包含數(shù)種金屬纖維。這種密封物的缺點包括，它必須銅焊到基材 上并且它是高度多孔的。人們已經(jīng)提出幾種其它的可磨損涂料，包括蜂窩狀的或多孔的金
3屬結(jié)構(gòu)；硬性陶瓷，諸如和MgO ；具有包埋的聚合物顆粒的鋁-硅金屬基質(zhì)；或六方形 的氮化硼粉末顆粒。后者這些涂料的缺點是它們的溫度限制性，聚合物涂料的溫度限制是 315°C，六方氮化硼涂料的溫度限制是480°C。在高溫下用于輪機(jī)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)部分的可磨損材料也包括NiCrAl/膨潤土涂 料和諸如美國專利第5434210號中描述的可磨損物質(zhì)，該專利公開了一種用于熱噴涂的復(fù) 合物粉末，該復(fù)合物粉末包含三種組分金屬或陶瓷基質(zhì)材料中的一種、固體潤滑劑和聚合 物。一般就這樣噴涂的涂料包含具有分散的六方氮化硼顆粒和聚合物的Co合金基質(zhì)。然 后將聚合物燒盡，最終高多孔的結(jié)構(gòu)僅含有分散在整個以Co為基礎(chǔ)的基質(zhì)中的六方氮化 硼顆粒。由這種材料制得的涂料具有可接受的可磨損性，但是抗腐蝕性低。尋求用于輪機(jī)壓縮機(jī)部分的合適的材料是朝著發(fā)動機(jī)燃燒室步進(jìn)的更高熱水平 問題的結(jié)果。更高的溫度需要工作溫度更高的材料。對高溫氧化作用敏感的材料，諸如塑 料、石墨或六方氮化硼，在它們的工作溫度以上變成短效材料，僅剩下對高腐蝕敏感的弱化 的框架或完全退化和剝落。其它材料，諸如含有膨潤土的材料，在上升的溫度下能改變硬 度，變成研磨劑。人們已經(jīng)通過制造多孔的熱障涂料(TBC)開發(fā)了用于輪機(jī)高溫燃燒部分的可磨 損物。這已經(jīng)通過引入可降低溫度的材料，諸如高溫聚合物，和/或使用熱噴霧六方氮化硼 (兩者都提供多孔的涂料)而得以實現(xiàn)。對制得的涂層進(jìn)行熱處理以便分解可降解的材料， 否則它就在輪機(jī)操作過程中被燒盡。這些材料的問題是，制得的多孔涂層缺乏機(jī)械強(qiáng)度，造 成涂層在熱循環(huán)周期后結(jié)構(gòu)性損壞。由于TBC的毀壞，這種方法制造了對于尺寸控制無用 并對輪機(jī)部分的結(jié)構(gòu)完整性有危險的涂料。人們?nèi)匀恍枰糜诟邷丨h(huán)境的、提供所需抗腐 蝕性、可磨損性和熱穩(wěn)定性水平的熱穩(wěn)定性可磨損涂料。發(fā)明概述一方面，本發(fā)明提供一種粉末涂料組合物，其包含氧化鈦鍶和陶瓷。另一方面，本 發(fā)明提供一種粉末涂料組合物，其包含氧化鈦鍶和一種或多種金屬和/或金屬合金。在另 外的方面，提供具有這些涂料的金屬制品。在其它方面，提供一種可磨損的密封組件，該組 件包含基體和通過熱噴涂沉積在所述基體上的可磨損密封涂料。所述的可磨損密封涂料包 含i)氧化鈦鍶和陶瓷或ii)氧化鈦鍶和金屬和/或金屬合金。從以下的圖片、詳細(xì)描述和附加的權(quán)利要求中將更容易看出本發(fā)明的這些方面和 其它方面。附圖簡要說明通過以下的圖片進(jìn)一步說明了本發(fā)明，其中

圖1 是 SrO-TiO2 的相圖;圖2是就這樣噴涂的SrTiO和氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的顯微照片；圖3是就這樣噴涂的SrTiO和NiCrAlY的顯微照片。圖4是就這樣噴涂的SrTiO和NiCr的顯微照片。優(yōu)選實施方式的詳細(xì)說明如本文包括實施例所使用的，或者除非另外明白地指出，所有的數(shù)字都可讀作前 面加了“約”，即使該詞沒有明白地顯示。同樣，本文引用的任何數(shù)字范圍意圖包括所有包含 在其中的亞范圍。如本文所使用的，術(shù)語“聚合物”指低聚物和均聚物及共聚物。
在一個方面，本發(fā)明提供一種涂料組合物，其包含氧化鈦鍶和陶瓷。陶瓷以用作燃 氣輪機(jī)環(huán)境中的熱障涂料而聞名。如本文中使用的，術(shù)語“可磨損陶瓷”是指與陶瓷組合的 SrTiO0氧化鈦鍶包含25-60重量％的Sr2TiO4和75_40重量％的Sr3Ti2O7，可從新澤西州 的卡姆登市埃克斯舍姆公司(Exotherm Corporation of Camden, NJ)購買。如本文所使 用的，相互交換使用的術(shù)語“氧化鈦鍶”和“鈦酸鍶”指這些氧化物的混合物，以特定的通式 Sr2Ti04/Sr3Ti207或更通用的通式SrTiO表示。在一種實施方式中，SrTiO是包含兩種氧化 物的混合晶體。同樣，在一種優(yōu)選的實施方式中，氧化鈦鍶包含40-50重量％的Sr2TiO4和 60-50重量％的Sr3Ti2O715可從圖1中顯示的相圖看出，在本發(fā)明的涂料中使用的Sr2TiO4/ Sr3Ti2O7在廣泛的溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定。因此，本發(fā)明的可磨損陶瓷涂料和可磨損金屬涂料 (如下文定義和進(jìn)一步描述的)可以同時用在壓縮機(jī)和輪機(jī)的可磨損應(yīng)用中。這與現(xiàn)有技 術(shù)涂料相反，在現(xiàn)有技術(shù)涂料中，在壓縮機(jī)和輪機(jī)應(yīng)用中使用不同的材料以便適應(yīng)每一種 應(yīng)用的不同的溫度狀況。如本文中使用的，術(shù)語“陶瓷”指無機(jī)的非金屬材料。陶瓷通常是天然的晶體， 是在金屬和非金屬元素之間形成的化合物，例如如鋁和氧(氧化鋁-Al2O3)、鈣和氧(氧化 鈣-CaO)以及硅和氮(氮化硅-Si3N4)。合適的陶瓷的例子包括鋁和鎂的氧化物，諸如Al2O3 和MgO、多鋁紅柱石(Al6Si2O13)，二氧化硅(SiO2)，二氧化鋯(ZrO2)，碳化物，諸如Ti3SiC2、碳 化硅和碳化鎢，以及氮化物，諸如氮化硼(BN)和氮化硅(Si3N4)15其它合適的陶瓷包括二氧 化鈦、全部或部分穩(wěn)定的氧化鋯、多組分的氧化物，包括鈦酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、尖晶石、鈣 鈦礦、可加工的陶瓷(比如康寧Macor )和它們的組合。在一種實施方式中，陶瓷可以是穩(wěn)定的氧化鋯。形成穩(wěn)定&02粉末的方法是本領(lǐng) 域技術(shù)人員已知的。合適的方法包括常規(guī)的方法，諸如噴霧干燥、噴霧干燥和致密化、噴霧 干燥和燒結(jié)、以及熔融/粉碎技術(shù)?？梢杂靡韵挛镔|(zhì)使氧化鋯(ZrO2)完全或部分地穩(wěn)定堿 土金屬如鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳的氧化物；周期表中鑭系稀土元素的氧化物，所述鑭系稀土元 素包括但不局限于鈰、銪、釓、鐿和該系列中的其它元素；以及周期表第3-12族中的過渡金 屬，諸如鈦、釔、鉭、錸、銦、鈮等。也可以使用這些氧化物的任何組合。在一種實施方式中， 用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯。優(yōu)選用約4-25重量％、更優(yōu)選約6-10%、最優(yōu)選約7-8%的氧化釔 穩(wěn)定氧化鋯。通常，可磨損的陶瓷涂料組合物包含以涂料組合物的重量為基準(zhǔn)計，5-75重量％ 的鈦酸鍶和25-95重量％的陶瓷，更一般地，40-60%的SrTiO和40-60%的陶瓷。在一種實施方式中，將本發(fā)明的涂料組合物制備成粉末。在該實施方式中，鈦酸鍶 具有1-120微米的粒度，更一般地，具有20-75微米的粒度。同樣，在該實施方式中，陶瓷通 常具有10-120微米、更一般地，45-80微米的粒度。必須小心確保宿主陶瓷(host ceramic) 的粒度與SrTiO的粒度不要相差太大，以便提供所需的混合兼容性、熔點和熱傳導(dǎo)性。另一方面，本發(fā)明的涂料組合物包含SrTiO和一種或多種金屬和/或金屬合金。 如本文中所使用的，術(shù)語“可磨損金屬”或“可磨損金屬涂層”指與金屬或金屬合金組合的 SrTiO。可磨損的金屬涂層可以用于提供對在工作條件中遇到的氧化條件的耐受性，或提高 熱障涂料的粘著性。SrTiO如同以上在可磨損陶瓷涂料的說明中所描述的。在本發(fā)明的可磨損金屬涂層中使用的合適的金屬合金的例子是MCrAlX金屬合金，其中M是鎳、鈷或鐵(單獨(dú)地或組合的)，Cr是鉻，Al是鋁，X是鑭、鉿、鋯、釔、鉭、錸或 硅。如果X是釔，那么粘合涂層是指MCrAlY粘合涂層。MCrAlX涂料是本領(lǐng)域熟知的，任何 MCrAlX金屬合金都可以在本發(fā)明的粘合涂層中使用。特定MCrAlX涂料的例子是，如美國專 利第3528861和3542530號中所描述的FeCrAlY ；復(fù)合涂料，其中在MCrAlY涂料沉積之前 將鉻層施涂在基體上；如美國專利第3676085號中描述的CoCrAlY覆蓋涂料；和如美國專 利第3754903號中描述的具有特別高的可延展性的NiCoCrAlY覆蓋涂料。在一種實施方式 中，組合物包含與NiCoCrAlY組合的SrTiO。其它合適的金屬合金的例子包括NiCr、鋁化鎳或其它鎳基合金、銅基材料，諸如旋 節(jié)銅。在一種實施方式中，組合物包含與NiCr組合的SrTiO?？赡p金屬組合物包含以涂料組合物的重量為基準(zhǔn)計，40-90重量％的鈦酸鍶和 10-60重量％的金屬和/或金屬合金。更優(yōu)選地，可磨損金屬組合物包含70-80重量％的鈦 酸鍶和25-30重量％的金屬或金屬合金。金屬和/或金屬合金的粒度通常在1至125微米 之間，更通常地在45-110微米之間?？赡p金屬涂層可以施涂在基體上直至厚度在約10密 耳(mil) (0. 254毫米)和約500密耳(12. 7毫米)之間。較優(yōu)地，厚度在約25密耳(0.635 毫米)和約50密耳(0. 127毫米)之間。本發(fā)明涂料的密度接近理論密度，較優(yōu)地是理論密度的約90%以上，接近理論密 度的100%。有一點很重要，允許在涂料中引入3至10%孔隙率以便使研磨碎屑在研磨作 用中逃逸以便阻止材料在密封物_葉片界面處逐漸堆積，這種堆積可以在后續(xù)材料焊接到 葉片尖端時造成可磨損涂料“起皺紋(Plowing)”或可磨損涂料“崩花(chunking out)”。 多孔材料的理論密度是根據(jù)本領(lǐng)域熟知的方法測定的，諸如水銀孔隙率法。理論密度也可 以通過與已知密度的涂料或材料的標(biāo)準(zhǔn)顯微照片作視覺比較分析來精確地估計。涂料的孔 隙率可以容易地通過涂層截面的微觀評估來測定?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)熱噴涂方法的噴涂參數(shù)來 設(shè)定涂料應(yīng)用中所需的孔隙率水平，可以對涂料應(yīng)用中所需的孔隙率水平進(jìn)行裁制以便得 到所需量的可磨損性以適應(yīng)特定的應(yīng)用，諸如葉片尖端材料(尖端硬化或沒有硬化的Ti或 鎳基超級合金(super alloy等)。在可磨損金屬涂層或者粘合涂層的情況下，如同可磨損陶瓷的情況一樣，可以直 接將本發(fā)明的涂料組合物施涂在基體上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的涂料組合物 可以按所需地單獨(dú)使用或互相組合或與其它合適的粘合涂層和/或熱障涂層組合使用。本發(fā)明的涂料組合物通過機(jī)械混合SrTiO粉末和金屬或陶瓷粉末來生產(chǎn)，單種粉 末具有以上描述的粒度。為了形成根據(jù)本發(fā)明的可磨損密封組件，將上述粉末材料熱噴涂到諸如壓縮機(jī)機(jī) 殼或固定盤或輪機(jī)保護(hù)罩之類的基體上以便形成可磨損密封涂層。熱噴涂包括通過加熱熱軟化或熔化可熱熔化的金屬組分材料的過程和將顆粒形 式的軟化或熔化的材料噴射在待涂布的表面上的過程。加熱的顆粒沖擊該表面，在那里它 們冷卻并粘合在該表面上。常規(guī)的熱噴涂槍可用于加熱和噴射顆粒的目的。熱噴涂槍通常利用燃燒或等離子體或電弧來產(chǎn)生用于熔化粉末顆粒的熱量。在粉 末型燃燒熱噴涂槍中，夾帶和運(yùn)輸粉末的載氣通常是惰性氣體，諸如氬氣。在等離子體噴涂 槍中，主等離子體氣體通常是氬氣或氮?dú)?。氫氣和氦氣通常被加入到主等離子體氣體中，載 氣通常與主等離子體氣體相同。也可以使用其它的熱噴涂方法。在美國專利第5049450號中對熱噴涂進(jìn)行了很好的概述。合適的熱噴涂技術(shù)包括但不局限于，在自然大氣中的等離子體火焰噴涂法(APS)； 在諸如惰性氣體的受控氣氛中的等離子體噴霧，稱為可控氣氛等離子體噴涂法(CAPS)；在 部分或完全真空中的等離子體噴霧，稱為真空等離子體噴涂法(VPS)。燃燒熱噴涂法包括常 規(guī)的燃燒火焰噴涂法、高速氧燃料(HVOF)噴涂法和高速氧空氣(oxy air)噴涂法(HVAF)。 其它熱噴霧法包括電弧熱噴涂法。優(yōu)選的方法是等離子體噴涂法，該方法使用氬氣或氮?dú)?之類的惰性氣氛，并且使用氫氣或氦氣之類的輔助氣體，以提高等離子體氣體的焓。。噴涂可以作用于任何表面或基體上，諸如碳鋼、不銹鋼、鋁和鋁合金、銅和銅合金、 鎳和鎳合金、鈷合金、鈦和鈦合金。盡管基體材料一般包含金屬，可以使用其它材料，包括比 如塑料、氧化物陶瓷和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。一般對該表面進(jìn)行清潔和打毛以便實現(xiàn)涂料的 粘合。在金屬基體的情況下，可以通過噴鋼砂處理來實現(xiàn)表面打毛。將基體表面預(yù)熱至約 250-350°C以便除去表面任何的水汽、油等，為了更好地配合下序的熱噴涂處理，建議使用 熱輸入。然而，因為涂料和基體的導(dǎo)熱系數(shù)的原因，基體加熱過度會造成不匹配，導(dǎo)致熱應(yīng) 力和接下來的涂層脫離的問題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解等離子體噴涂參數(shù)(可以變化以便調(diào)節(jié)可磨損涂料的 密度)包括粉末流速和等離子體流。較低的粉末流速和較高的等離子體流將導(dǎo)致更高密度 的密封物，因為粉末顆粒被加熱到較高的溫度。當(dāng)沉積在用于燃?xì)廨啓C(jī)環(huán)境中的基體上時，本發(fā)明的涂料組合物將提供可在極高 溫度的環(huán)境中存在的可磨損涂層，諸如其中溫度范圍最高達(dá)950°C的壓縮機(jī)中，或溫度最高 達(dá)到1200-1300°C的輪機(jī)中。通常，SrTiO和陶瓷涂料提供優(yōu)良的性質(zhì)，諸如在最高1300°C 溫度下的抗腐蝕性和低熱傳導(dǎo)性，而具有SrTiO和金屬和/或金屬合金的涂料將提供最高 至950°C溫度下的優(yōu)良性質(zhì)。本發(fā)明的涂料由于具有低熱傳導(dǎo)性、抗腐蝕性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而 有助于保護(hù)輪機(jī)的金屬部分。另一方面，本發(fā)明的涂料組合物可以通過靜電吸引和/或使用粘合劑將顆粒粘附 在一起的方式而聚集。聚集的顆粒有時是運(yùn)輸、儲存和加工(包括熱噴涂)混合材料所需 要的，以便防止沉淀和不希望出現(xiàn)的分離。而且，所需的粒度可以通過聚集作用來獲得，該 聚集作用將亞微米至微米尺寸的粉末聚集。如本文所使用的，術(shù)語“粘合劑”指任何使陶瓷和金屬粉末聚集的物質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)的粘 合劑是本領(lǐng)域已知的，包括比如漆、水性粘合劑和溶劑型粘合劑。特定有機(jī)粘合劑的例子 包括但不局限于乙烯基聚合物，諸如聚乙烯基和乙烯基共聚物，比如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯 酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯。 還包括聚苯乙烯，包括聚對甲基苯乙烯、丁二烯_苯乙烯、苯乙烯_丙烯氰和苯乙烯_馬來 酸酐樹脂。優(yōu)選的是聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇。本發(fā)明中使用的粘合劑不進(jìn)入噴涂涂層中，因為它們在熱噴涂過程中被燒盡。因 此，本發(fā)明中使用的粘合劑不是如同那個術(shù)語在本領(lǐng)域中被稱為的“短效”材料，它們用于 產(chǎn)生孔隙率。可以通過使用標(biāo)準(zhǔn)噴霧干燥技術(shù)來使本發(fā)明的組合物聚集。通常，將粘合劑加入 溶劑中的顆?；旌衔镏?。對于陶瓷+陶瓷或陶瓷+金屬混合物，優(yōu)選的粘合劑是PVA(聚乙 酸乙烯酯)或PVOH(聚乙烯醇，也叫作PVA)，溶劑是水?？梢詫⒒旌衔飮婌F干燥或在機(jī)械混合水時蒸發(fā)水分。這樣做可以除去溶劑、水，通過調(diào)節(jié)參數(shù)可以制得不同尺寸的聚集物?；蛘?，按如下步驟完成聚集作用。按所需比率混合SrTiO和陶瓷或金屬粉末并置 于一混合器中，諸如配備有真空源以及在混料罐(mixing bowl)周圍的加熱夾套的霍巴特 (Hobart)混合器。將一定量稱重的有機(jī)粘合劑(通常是混合粉末的2-7%)溶解在合適的 液體溶劑中(通常是水、醇、石腦油或其它合適的溶劑，具體取決于粘合劑)，制得含約10% 至40%溶解的有機(jī)物的溶液，并通過標(biāo)準(zhǔn)方法將其加入SrTiO/陶瓷或金屬混合物中，獲得 濕的混合物。加熱該濕混合物，伴隨連續(xù)的攪拌對該混合物抽真空。在150-350°C之間的 溫度下持續(xù)加熱足夠的時間以便除去溶劑，通常是130分鐘至一個半小時。然后使該物質(zhì) 冷卻，同時繼續(xù)攪拌?？梢詫嵩?蒸汽或加熱油)替換為冷溶液以便幫助冷卻。約1至 2小時后，當(dāng)溫度在40至80°C之間時，可以將該物質(zhì)注入干燥/固化盤，放置在烘箱中以便 使粘合劑固化。通常在100至150°C固化4至8小時。通過造粒機(jī)使制得的復(fù)合物解聚，篩 選至合適的粒度以便滿足熱噴涂的需要，通常是20至150微米。另一方面，可以通過使用芯絲(cored wire)來應(yīng)用本發(fā)明的涂料。芯絲通常是填 充了金屬或陶瓷粉末的細(xì)金屬管。這種技術(shù)可以在芯絲中引入金屬、陶瓷或其它粉末以進(jìn) 行熱噴涂或焊接應(yīng)用。塑料也可以用作粘合劑以包含金屬或陶瓷粉末。然后如本領(lǐng)域已知 的，將含有粉末的塑料作為芯絲擠出，用燃燒型噴槍中的熱噴涂、電弧噴涂或作為常規(guī)電弧 等離子體噴槍中的填料進(jìn)行加工。在一種實施方式中，SrTiO和陶瓷和/或金屬粉末與塑 料粘合劑混合并擠出。SrTiO也可以單獨(dú)和塑料粘合劑一起使用。在一種實施方式中，SrTiO和陶瓷或金屬/金屬合金的粒子可以用于填充鋁管。將 該管型鍛成所需的尺寸，制得的芯絲用作熱噴涂法中的填料。在另一種實施方式中，將SrTiO粉末裝入NiCr、MCrAlY或其它鎳或鈷合金的金屬 管中；或者，將SrTiO粉末和陶瓷或金屬粉末混合并裝入金屬管中。在一種優(yōu)選的實施方式 中，將SrTiO+金屬粉末放置在鎳_合金帶上，用常規(guī)的錕軋成形技術(shù)使該帶形成管子。粉 末是該芯絲的芯。多家公司經(jīng)營這類制造。然后芯絲用燃燒型噴槍中的熱噴涂、電弧噴涂 或作為常規(guī)電弧等離子體噴槍中的填料進(jìn)行加工。這種芯絲的優(yōu)點是能使用范圍擴(kuò)大的各 種熱噴涂設(shè)備來應(yīng)用可磨損填料以及使用芯絲代替粉末。如本文所使用的，術(shù)語“芯絲”指 用于包含本發(fā)明的粉末組合物的金屬、金屬合金和塑料芯絲。實施例以下的實施例意圖說明本發(fā)明，無論如何不應(yīng)該認(rèn)為它們對本發(fā)明有所限制。實施例1SrTiO和氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯組合物按7% -75% SrTiO和剩余量為部分穩(wěn)定的 氧化釔氧化鋯的比率混合。在球磨機(jī)上或V混合器(這些機(jī)器可從多種來源獲得)中的容 器中將粉末混合20分鐘，然后使用等離子噴涂技術(shù)將其沉積在基體上(1018合金鋼或316 不銹鋼)，以下表1中敘述了等離子噴涂的參數(shù)。在可磨損裝置(abradable rig)中測試 樣品。使用幾種葉片相互作用參數(shù)。葉片是高速鋼，0.125英寸寬，位于8英寸的輪子上， 輪子以4000、6000和8000 RPM的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，每一種RPM設(shè)定的相互作用速率是1密耳/秒 (0. 001英寸/秒)和10密耳/秒(0. 010英寸/秒)。每一種混合物的硬度、粘合強(qiáng)度和 其它性質(zhì)顯示在以下表2中。圖2、3和4是就這樣噴涂的組合物的顯微照片。
SrTiO+ZY-7 噴涂參數(shù)表 注釋通過改變輔氣調(diào)節(jié)電壓表 2 *在 900 度熱導(dǎo)率測試用ASTM C1113“熱絲測試法(Hot wire test) ”來測定熱導(dǎo)率。使用ASTM C117“保 護(hù)熱平板法(Guarded Hot Plate) ”檢驗幾種樣品的結(jié)果。熱膨脹系數(shù)(CTE)根據(jù)ASTM E-228熱膨脹分析(TDA)從室溫至操作溫度或至1000°C測定熱膨脹系數(shù)。硬度測試通過使用具有金剛石壓頭的表面硬度計來測定硬度。用生產(chǎn)商洛克維爾 (Rockwell)提供的表將這些硬度換算為體相(bulk)硬度值。該表可從包括網(wǎng)絡(luò)的幾種來 源獲得，稱為“當(dāng)量硬度換算表”。測試使用HR 15N規(guī)格的“N”金剛石圓錐壓頭，它具有3kgf的次負(fù)荷和13kgf的 主負(fù)荷，總負(fù)荷為15kgf。實施例2SrTiO和MCrAlY或NiCr組合物按5 % -50 % MCrAlY和剩余量為SrTiO的比率混 合。在球磨機(jī)上或V混合器中的容器中將粉末混合20分鐘。然后使用等離子體噴涂技術(shù) 將其沉積在低碳鋼(1018合金鋼或316不銹鋼)基體上，以下表2中敘述了等離子體噴涂 的參數(shù)。在可磨損裝置中測試樣品。使用幾種葉片相互作用參數(shù)。葉片是高速鋼(0.125 英寸寬)，位于8英寸的輪子上，輪子以4000、6000和8000 RPM的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，每一種RPM設(shè) 定的相互作用速率是1密耳/秒(0. 001英寸/秒)和10密耳/秒(0. 010英寸/秒)。每 一種混合物的硬度、粘合強(qiáng)度和其它性質(zhì)顯示在以上表2中。3SrTiO+MCrAlY 噴涂參數(shù)表 這些參數(shù)也可以用于75% SrTiO+25% NiCr機(jī)械混合物。然而，為了說明的目的，以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施方式，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，顯然，在不脫離附加的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的情況下，可以對本發(fā)明的細(xì) 節(jié)作多種變化。
1權(quán)利要求
一種粉末涂料組合物，其包含氧化鈦鍶和一種或多種金屬和/或金屬合金。
2.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述氧化鈦鍶包含25-60重量％的 Sr2TiO4 和 75-40 重量 ％的 Sr3Ti2O7。
3.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述氧化鈦鍶的粒度為15-120微米。
4.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述金屬和/或金屬合金的粒度為 1-125微米。
5.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述氧化鈦鍶和/或金屬和/或金屬合 金顆粒是亞微米至微米尺寸的粉末的聚集體。
6.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述組合物包含以該涂料組合物的重 量為基準(zhǔn)計，40-90重量％的氧化鈦鍶和10-60重量％的金屬和/或金屬合 金。
7.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述組合物包含金屬合金，所述金屬合 金是NiCr。
8.如權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述組合物包含金屬合金，所述金屬合 金是 MCrAlX。
9.如權(quán)利要求8所述的粉末涂料，其特征在于，所述MCrAlX是NiCoCrAlY。
10.一種具有權(quán)利要求1所述的涂料的金屬制品。
11.一種可磨損密封組件，其包含基體；通過熱噴涂沉積在所述基體上的可磨損密封涂層，所述可磨損密封涂層包含氧化鈦鍶 和金屬和/或金屬合金。
12.如權(quán)利要求11所述的可磨損密封組件，其特征在于，所述組件位于燃?xì)廨啓C(jī)的壓 縮機(jī)部分和/或輪機(jī)部分中。
13.一種含有權(quán)利要求1所述的粉末涂料組合物的芯絲。
全文摘要
本發(fā)明提供可磨損涂料。該涂料包含與諸如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯之類的陶瓷組合的SrTiO，或與諸如NiCoCrAlY之類的McrAlX組合的SrTiO。該可磨損涂料適合在燃?xì)廨啓C(jī)的高溫環(huán)境中使用。本發(fā)明還提供了涂布這種涂料的金屬制品和可磨損組件。
文檔編號C23C4/04GK101914317SQ20101025732
公開日2010年12月15日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者J·B·胡多爾斯頓, J·馬佐里克, R·扎托斯基 申請人:H.C.施塔克公司;H.C.施塔克有限公司