科技论坛
火焰喷涂镍石墨封严涂层技术研究
孙忠武白凤海张彦飞
(哈尔滨东安发动机（集团)有限公司，黑龙江哈尔滨150066)
· 73 -
摘要：现代航空发动机鲁遍采用可爱耗对产涂层技术来提高整机效率、降低能耗和延长整机使用寿命。镍石墨涂层就是一种硬度较低、广泛应用在发动机上的中温段的可磨耗对严涂层。本文采用火路喷涂的方法制备了镍石墨(Metco307NS-2)封严涂层，通过喷涂工艺参数模索及涂层性能测试确定了火焰實涂镍石显涂层的满是使用条件的喷涂参数，制定了镍石墨涂层质量检测方法和质量标准。
关键词：火焙喷涂；镍石墨；对产涂层；发动机；硬度
1概述
随着高新科学技术的发展，工业生产技术的不断提高.热喷涂技术也逐渐成为表面工程领域内表面改性技术之一。热喷涂技术是利用火焰、电弧或等离子弧等热源，将喷涂材料脱间加热至熔化或半熔融状态.同时对这种材料粒子进行加建，使其以一定的速度撞击沉积到经过预处理的基体表面形成覆盖层的一种材科成形方法。热喷涂技术应用十分广泛，选择不同性能的涂层材料和不同的工艺方法，可以制备耐磨损涂层、减摩与封严涂层、耐高温热障涂层等功能涂层。
2项目来源
国内外先进涡轮发动机的中温气密封严运动部件多采用镍石翼涂层作为有效可磨耗封严涂层。可磨耗封严徐层一股应用于转动件与非转动件之间的间隙，如发动机的压气机和涡轮机的机匣。理想的封严途层应既有足够的强度抵抗外部颗粒及气流的冲蚀，又可被刮削，在叶片与涂层发生摩擦接触时，涂层被刮削而叶片尖端不磨损，涂层仅磨损部位脱落。因此，设计要求可磨耗封严涂层必须具备下列性能：可磨耗性、结合强度和抗热震性强，其他性能包括，低的摩擦系数和抗粘着性，以及高的化学稳定性和整体强度等。目前，航空产品在气密跑道上喷涂镍石墨涂层，以期减小气动运动的密封部位的间隙，提高燃气涡轮的工作效率。
3项目目标
目前我公司在采用热喷涂技术手段制备镍石墨（307NS-2涂层)可磨耗封严涂层方面处于技术空白。此次技术研发和攻关旨在
底层一喷涂镍石墨面层—涂层性能检测一卸夹清理——检验
5.3喷涂试样的表面净化。试样采用有机溶剂一—丙酮进行浸泡和擦拭除油。
5.4试样装夹遇蔽。试样采用专用喷涂工装固定在喷涂试验架上，采用3M耐高温纤维胶带进行遗蔽保护。
5.5吹砂。采用带有除尘系统和分筛系统、可以对喷砂介质进行回收的吹砂机对基底吹砂，砂敦为粒度36#的棕刚玉砂或白刚玉砂，吹砂压力保持在0.3~0.6MPa，吹砂用的压缩空气必须经过除油、除尘、冷干处理。吹砂时间为1530秒。吹砂时间要根据零件尺寸、材料硬度、吹砂压力等进行调整，在保证尽量不减小零件尺寸的情况下达到粗化的效果，
5.6火焰喷涂镍铝粘接底层。按照YZBIT33要求，喷涂镍铝粘结底层
5.7镍石墨涂层喷涂工艺试验。根据涂层性能要求来分析，其涂层硬度是性能中的关键指标，只有在涂层硬度满足要求时，其它性能指标才有意义。影响涂层硬度的因素包括氧气一乙炔、压缩空气气帽、送粉量和喷涂距离等，其中最关键的固素为送粉量，固此采用单因素研究不同送粉量对涂层性能的影响，氧气和乙炔气的流量和压力采用推荐值，经过多次喷涂试验，对结果进行分析、筛选并优化喷涂工艺，
5.8镍石墨涂层喷涂性能测试
5.8.1镍石翼涂层结合强度测试。涂层结合强度是关系到涂层
：在工作中不起皮、不剥落，是否可靠工作的重要指标。采用模拟件
制备出综石墨可磨耗封严涂层，建立相关技术文件和质量要求文
件。
镍石墨(307NS-2涂层)可磨耗封严涂层技术指标要求涂层经机加工后外观呈均勾的灰色或深灰色，涂层不应有裂纹、剥落、缺
(材质为钢材)进行喷涂，测试涂层机加工性能。镍石墨涂层机加工后可以看出，采用初步确定的热喷涂参数制备的镍石墨涂层经机加
工后未出现裂纹、测落、缺口、蔬松、分层、进缘趣起和过烧等缺陷；
口、疏松、分层、边缘起和过烧等缺陷，
4涂层结构及涂层材料的选择
4.1涂层结构。设计图纸要求，在钢件或铝件的基体上制备的镍石墨可磨耗封严涂层.由于基体材料为铝或不锈钢，而涂层为镍石需复合涂层，两者间的组织及晶体结构有很大的差别，热物理性能（热感胀系数)相差较大且零件在有一定变化的温度下工作.涂层与基体之间将会产生较大的应力，造成涂层剩落，导致工件失效。为降低和消除应力集中造成的负面影响，提高涂层与基体的结合强度，在涂层设计中采用粘接底层工艺，即在基体上首先火焰涂层粘接底层（Meteo405NS），再在粘接底层上喷涂镍石墨涂层，形成复合涂层结构，这种涂层结构可以有效的缓解基体材料与镍石墨涂层两者之间组织结构和热物理性能的差别，提高涂层与基体的结合强度。
4.2镍石墨涂层材料的选择。根据镍石墨涂层应达到的性能指标(HR15y:-10~40)和加工后涂层厚度达到1mm以上的涂层，拟采用Meteo公司生产的Meleo307NS-2粉末作为喷涂材料.该粉末材料是热喷涂专用粉末材料，广泛应用于等离子喷涂或火焰喷涂。
5工艺试验
5.1喷涂试样的准备。涂层硬度、结合强度、微观组织试样为 45钢，试样尺寸为25×7，喷途面光洁度为Ra三1.6。热稳定性试样为45#钢，试样尺寸为中25×7，喷涂面光洁度为Ra≤1.6。涂层可加工性检测试件：中50×350。
5.2喷涂工艺流程。准备——检验——表面净化——喷砂
测量装夹（遇鼓一调整机械手工作程序
目视观察涂层表面未发现直径大于1mm气孔，达到标准要求。
5.8.2镍石墨307NS-2涂层热冲击（抗热震）性能测试。采用35# 钢试片测定镍石墨307NS-2涂层热冲击性能。镍石墨涂层由于要求喷途的厚度大于1mm，为厚涂层，在进行喷涂时，不能一次性喷涂到规定的厚度，长时间的连续喷涂，将造成基体和已生成的涂层过热影响基体和涂层的性能，为此，喷涂时在对基体和涂层用压缩空气冷却的同时，要在喷涂进行到一定时间，基体温度升高时停枪，用压缩空气进行冷却，待基体冷却后，再进行喷涂，如此反复，直至涂层达到规定厚度。基体温度在喷涂中不能超过150℃，
6结论
通过以上试验和结果分析可以得出以下结论
针对镍石墨307NS-2可鹿耗封严涂层工艺研发试验制定的工艺研发方案、涂层结构设计、工艺设计及喷涂设备、各阶段工艺参数的工艺试验是可行的，可以满足设计和工艺要求。通过试验初步掌握了火焰喷涂镍石墨（307NS-2)可磨耗封严涂层工艺方法中的各个工艺参数及各个参数对涂层性能指标的影响规律，掌握了各工艺参数间相互影响的规律，为今后研发新的涂层技术积累了经验。
参考文献
[1]吴子键，吴朝军等.热喷涂技术与应用，2006，1
[2]于月光等.可磨耗对严涂层材料喷涂过程中石墨含量变化研究[] 热喷涂技术，2009.2(17):4546
[3]段绪海，王学连.热喷涂技术在航空发动机上的应用[C].2000年全国热喷涂技术交流研讨会文集
一喷涂镍铝粘接
关[4]郑济宏.航空发动机热喷涂封严涂层应用，1997(3):35-37