封嚴(yán)涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種封嚴(yán)涂層。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，對(duì)機(jī)械效率的要求也越來(lái)越高，同時(shí)節(jié)能環(huán)保的理念 也越加深入產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造技術(shù)中。在透平機(jī)械中，間隙密封的實(shí)用性和可靠性對(duì)于 提升機(jī)械效率、確保機(jī)械安全運(yùn)行、節(jié)能環(huán)保都具有重要意義。以透平機(jī)械中的透平壓縮機(jī) 為例，正向著大容量、高效率、高壓縮比的應(yīng)用方向發(fā)展。
[0003] 如圖1所示，工作狀態(tài)下，壓縮機(jī)1的壓氣機(jī)葉片11繞轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)，壓氣機(jī)葉片 11的尖端13和機(jī)匣14內(nèi)壁之間的間隙越小，相對(duì)泄漏量（泄漏量與進(jìn)氣量的比值）越小， 工作效率越高，且能耗越低，使用壽命越長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)徑向間隙每增大0. 13mm，單位 消耗就增加0. 5%;反之，徑向間隙每較少0. 25mm，工作效率能提高1 %。為此，減少尖端13 和機(jī)匣14內(nèi)壁之間的間隙，提高壓縮比，已成為提高工作效率、節(jié)約能耗的慣用手段。減少 間隙的方法有多種，目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣的為級(jí)間迷宮式密封技術(shù)，即在轉(zhuǎn)軸12周圍設(shè)若 干個(gè)依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，壓縮對(duì)象在通 過(guò)曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。但當(dāng)壓縮對(duì)象處于高流速狀態(tài)，且 為硬質(zhì)顆粒物時(shí)，會(huì)對(duì)密封件造成嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致間隙變大，降低阻漏效果，從而導(dǎo)致?lián)p耗 增加、機(jī)組效率降低，嚴(yán)重時(shí)必須停機(jī)檢修，影響生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可磨耗性能高的封嚴(yán)涂 層。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 封嚴(yán)涂層，其特征在于，包括至少兩個(gè)子涂層，分別為涂覆在基體表面的合金層和 涂覆在合金層表面的金屬陶瓷層；所述合金層按照重量百分比含量由30%~40%的Co、 25%~35%的Ni、15%~25%的Cr、5%~10%的Α1、0· 5%~5%的Y組成；所述金屬陶 瓷層按照重量百分比含量由20 %~25 %的ΒΝ、23 %~33 %的Co、17 %~27 %的Ni、15 %~ 25%的Cr、4%~8%的Al、l%~2%的Y組成。
[0007] 優(yōu)選地是，孔隙率為不大于15%。
[0008] 優(yōu)選地是，孔隙率為10 %~15%。
[0009] 優(yōu)選地是，孔隙直徑不大于25 μ m。
[0010] 優(yōu)選地是，其表面硬度為60~80HR15Y。
[0011] 優(yōu)選地是，金屬陶瓷層的結(jié)合強(qiáng)度不小于23MPa。
[0012] 優(yōu)選地是，所述基體為透平機(jī)械。
[0013] 優(yōu)選地是，所述透平機(jī)械為透平壓縮機(jī)。
[0014] 優(yōu)選地是，所述合金層的厚度為50um~150um(優(yōu)選IOOum)。
[0015] 優(yōu)選地是，所述金屬陶瓷層的厚度為400um~800um (優(yōu)選600um)。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可磨耗性能高的封嚴(yán)涂層的制備方法。
[0017] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0018] 封嚴(yán)涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0019] a.采用噴涂設(shè)備，將按照所述合金層的元素組成配制的合金材料噴涂至基體表 面，形成厚度為50um~150um (優(yōu)選IOOum)的合金層；
[0020] b.采用噴涂設(shè)備，將按照所述陶瓷層的元素組成配制的金屬陶瓷材料噴涂至合金 層表面，形成厚度為400um~800um (優(yōu)選600um)的金屬陶瓷層，最終制得涂覆在基體表面 的封嚴(yán)涂層。
[0021] 優(yōu)選地是，噴涂形成合金層之前，對(duì)基體表面進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理包括清洗和噴砂 處理；預(yù)處理后對(duì)基體表面進(jìn)行檢查；若檢測(cè)出基體表面存在孔洞或雜質(zhì)，需要將雜質(zhì)清 除，并通過(guò)補(bǔ)焊打磨的方式將孔洞填平。
[0022] 優(yōu)選地是，所述步驟a中，采用超音速噴涂設(shè)備噴涂。
[0023] 優(yōu)選地是，所述步驟b中，采用超音速噴涂設(shè)備噴涂。
[0024] 優(yōu)選地是，所述步驟b還包括將噴涂后的基體放置在300 °C~500 °C (優(yōu)選400 °C ) 的環(huán)境內(nèi)熱處理1~3小時(shí)（優(yōu)選2小時(shí)）。
[0025] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種機(jī)械效率高的透平機(jī)械。
[0026] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0027] 透平機(jī)械，其特征在于，涂覆有封嚴(yán)涂層。
[0028] 優(yōu)選地是，為透平壓縮機(jī)。
[0029] 本發(fā)明提供的封嚴(yán)涂層，兼具良好的可磨耗性能和抗沖蝕性能，適用于透平機(jī)械 密封，可減小透平機(jī)械的間隙，降低泄漏量，大大提高透平機(jī)械的機(jī)械效率。除封嚴(yán)作用，封 嚴(yán)涂層還能為透平機(jī)械提供絕熱保護(hù)，避免高溫高速氣流引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。
[0030] 本發(fā)明提供的封嚴(yán)涂層包括兩層涂層，分別為涂覆在基體表面的合金層和涂覆在 合金層表面的金屬陶瓷層。
[0031] 將合金層作為涂覆基體表面的打底層，由于合金層與基體材料在熱傳導(dǎo)、熱膨脹 等性能上相匹配，與基體之間具有良好的結(jié)合強(qiáng)度，確?；w長(zhǎng)時(shí)間的使用后涂層也無(wú)脫 落，延長(zhǎng)了涂層的使用壽命，降低了透平機(jī)械的維護(hù)頻率。
[0032] 在合金內(nèi)添加陶瓷制得金屬陶瓷材料，金屬陶瓷材料涂覆合金層形成金屬陶瓷 層。金屬陶瓷層中的金相使金屬陶瓷層具有金屬的抗腐蝕性、抗氧化性，尤其具有適當(dāng)?shù)挠?度，從而具備抗沖蝕性，抵抗間隙流道中高速氣流、硬質(zhì)顆粒物的沖擊，避免涂層損壞，延長(zhǎng) 了涂層使用壽命，同時(shí)可避免間隙變大，保證了密封效果。金屬陶瓷中的陶瓷相使金屬陶瓷 層的總體硬度較純金屬的硬度降低，剪切強(qiáng)度和摩擦系數(shù)也降低，從而具有良好的可磨耗、 自潤(rùn)滑。當(dāng)壓氣機(jī)葉片的尖端刮削機(jī)匣內(nèi)壁表面的金屬陶瓷層時(shí)，由于金屬陶瓷層具有良 好的可磨耗性能，涂層對(duì)葉片尖端的沖擊力和摩擦力較小，涂層被刮削的同時(shí)葉片尖端不 會(huì)損壞，涂層也無(wú)脫落，延長(zhǎng)了透平機(jī)械的使用壽命，間隙不隨運(yùn)行時(shí)間的增加而變大，減 少泄漏量，提高透平機(jī)械的機(jī)械效率。陶瓷相的加入還使金屬陶瓷層具有抗高溫性能。
[0033] 本發(fā)明提供的封嚴(yán)涂層的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，制備得到的封嚴(yán)涂層修復(fù)和性能 調(diào)整簡(jiǎn)易。
[0034] 本發(fā)明提供的透平機(jī)械，其間隙處涂覆有封嚴(yán)涂層。工作狀態(tài)下，葉片尖端刮削封 嚴(yán)涂層，形成理想的徑向氣流間隙，即間隙最小，從而獲得最大壓差，顯著提高機(jī)械效率，且 能耗降低，壽命延長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為傳統(tǒng)透平壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中涂覆有封嚴(yán)涂層的透平壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖3為各實(shí)施例的封嚴(yán)涂層的滑移磨損量的平均值、現(xiàn)有的WC涂層的滑移磨損 量、現(xiàn)有的CrO涂層的滑移磨損量隨磨損時(shí)間變化的曲線圖；
[0038] 圖4為在200r/min的沖蝕速度的環(huán)境下，涂覆有各實(shí)施例的封嚴(yán)涂層的基體表面 的單位面積磨損量的平均值、表面無(wú)涂層涂覆的基體的單位面積磨損量隨時(shí)間變化的曲線 圖；
[0039] 圖5為在300r/min的沖蝕速度的環(huán)境下，涂覆有各實(shí)施例的封嚴(yán)涂層的基體表面 的單位面積磨損量的平均值、表面無(wú)涂層涂覆的基體的單位面積磨損量隨時(shí)間變化的曲線 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述：
[0041] 如圖2所示，為透平壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。機(jī)匣14的內(nèi)壁上涂覆有封嚴(yán)涂層2。 封嚴(yán)涂層2包括兩層子涂層，分別為涂覆在機(jī)匣14內(nèi)壁上的合金層21和涂覆在合金層21 表面的金屬陶瓷層22。工作狀態(tài)下的透平壓縮機(jī)，其壓氣機(jī)葉片11繞轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)，尖端 13刮削封嚴(yán)涂層2的金屬陶瓷層22,使壓氣機(jī)葉片11與機(jī)匣14之間的間隙最小，降低壓 縮過(guò)程中的泄漏量，提高透平壓縮機(jī)的機(jī)械效率，降低耗能，延長(zhǎng)使用壽命。
[0042] 各實(shí)施例中封嚴(yán)涂層2的合金層21的組分重量百分比含量如表一所示：
[0043] 表一
[0044]
[0045] 各實(shí)施例中封嚴(yán)涂層2的金屬陶瓷層22的組分重量百分比含量如表二所示：
[0046] 表二
[0047]
[0048]
[0049] 各實(shí)施例中封嚴(yán)涂層2及其金屬陶瓷層22的物理參數(shù)如表三所示：
[0050] 表三
[0051]
[0052] 經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，孔隙率不大于15 %，優(yōu)選10 %~15 %，孔隙直徑不超過(guò)25 μ m 時(shí)，封嚴(yán)涂層2的可磨耗性能和抗沖蝕性能最優(yōu)。封嚴(yán)涂層的表面硬度（HR15Y)在30-80 范圍內(nèi)，金屬陶瓷層的結(jié)合強(qiáng)度大于7MPa，即可證明封