封嚴涂層的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種封嚴涂層。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的日新月異，對機械效率的要求也越來越高，同時節能環保的理念 也越加深入產品設計和加工制造技術中。在透平機械中，間隙密封的實用性和可靠性對于 提升機械效率、確保機械安全運行、節能環保都具有重要意義。以透平機械中的透平壓縮機 為例，正向著大容量、高效率、高壓縮比的應用方向發展。
[0003] 如圖1所示，工作狀態下，壓縮機1的壓氣機葉片11繞轉軸12轉動，壓氣機葉片 11的尖端13和機匣14內壁之間的間隙越小，相對泄漏量（泄漏量與進氣量的比值）越小， 工作效率越高，且能耗越低，使用壽命越長。據統計，壓縮機徑向間隙每增大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 和機匣14內壁之間的間隙，提高壓縮比，已成為提高工作效率、節約能耗的慣用手段。減少 間隙的方法有多種，目前行業內應用最廣的為級間迷宮式密封技術，即在轉軸12周圍設若 干個依次排列的環行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，壓縮對象在通 過曲折迷宮的間隙時產生節流效應而達到阻漏的目的。但當壓縮對象處于高流速狀態，且 為硬質顆粒物時，會對密封件造成嚴重磨損，導致間隙變大，降低阻漏效果，從而導致損耗 增加、機組效率降低，嚴重時必須停機檢修，影響生產。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種可磨耗性能高的封嚴涂 層。
[0005] 為實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：
[0006] 封嚴涂層，其特征在于，包括至少兩個子涂層，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] 優選地是，孔隙率為不大于15%。
[0008] 優選地是，孔隙率為10 %~15%。
[0009] 優選地是，孔隙直徑不大于25 μ m。
[0010] 優選地是，其表面硬度為60~80HR15Y。
[0011] 優選地是，金屬陶瓷層的結合強度不小于23MPa。
[0012] 優選地是，所述基體為透平機械。
[0013] 優選地是，所述透平機械為透平壓縮機。
[0014] 優選地是，所述合金層的厚度為50um~150um(優選IOOum)。
[0015] 優選地是，所述金屬陶瓷層的厚度為400um~800um (優選600um)。
[0016] 本發明的另一個目的是提供一種可磨耗性能高的封嚴涂層的制備方法。
[0017] 為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
[0018] 封嚴涂層的制備方法，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 (優選IOOum)的合金層；
[0020] b.采用噴涂設備，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 (優選600um)的金屬陶瓷層，最終制得涂覆在基體表面 的封嚴涂層。
[0021] 優選地是，噴涂形成合金層之前，對基體表面進行預處理；預處理包括清洗和噴砂 處理；預處理后對基體表面進行檢查；若檢測出基體表面存在孔洞或雜質，需要將雜質清 除，并通過補焊打磨的方式將孔洞填平。
[0022] 優選地是，所述步驟a中，采用超音速噴涂設備噴涂。
[0023] 優選地是，所述步驟b中，采用超音速噴涂設備噴涂。
[0024] 優選地是，所述步驟b還包括將噴涂后的基體放置在300 °C~500 °C (優選400 °C ) 的環境內熱處理1~3小時（優選2小時）。
[0025] 本發明的另一個目的是提供一種機械效率高的透平機械。
[0026] 為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
[0027] 透平機械，其特征在于，涂覆有封嚴涂層。
[0028] 優選地是，為透平壓縮機。
[0029] 本發明提供的封嚴涂層，兼具良好的可磨耗性能和抗沖蝕性能，適用于透平機械 密封，可減小透平機械的間隙，降低泄漏量，大大提高透平機械的機械效率。除封嚴作用，封 嚴涂層還能為透平機械提供絕熱保護，避免高溫高速氣流引起的不穩定現象的發生。
[0030] 本發明提供的封嚴涂層包括兩層涂層，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、熱膨脹 等性能上相匹配，與基體之間具有良好的結合強度，確保基體長時間的使用后涂層也無脫 落，延長了涂層的使用壽命，降低了透平機械的維護頻率。
[0032] 在合金內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，尤其具有適當的硬 度，從而具備抗沖蝕性，抵抗間隙流道中高速氣流、硬質顆粒物的沖擊，避免涂層損壞，延長 了涂層使用壽命，同時可避免間隙變大，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，剪切強度和摩擦系數也降低，從而具有良好的可磨耗、 自潤滑。當壓氣機葉片的尖端刮削機匣內壁表面的金屬陶瓷層時，由于金屬陶瓷層具有良 好的可磨耗性能，涂層對葉片尖端的沖擊力和摩擦力較小，涂層被刮削的同時葉片尖端不 會損壞，涂層也無脫落，延長了透平機械的使用壽命，間隙不隨運行時間的增加而變大，減 少泄漏量，提高透平機械的機械效率。陶瓷相的加入還使金屬陶瓷層具有抗高溫性能。
[0033] 本發明提供的封嚴涂層的制備方法，工藝簡單，制備得到的封嚴涂層修復和性能 調整簡易。
[0034] 本發明提供的透平機械，其間隙處涂覆有封嚴涂層。工作狀態下，葉片尖端刮削封 嚴涂層，形成理想的徑向氣流間隙，即間隙最小，從而獲得最大壓差，顯著提高機械效率，且 能耗降低，壽命延長。
【附圖說明】
[0035] 圖1為傳統透平壓縮機的內部結構圖。
[0036] 圖2為本發明實施例中涂覆有封嚴涂層的透平壓縮機的內部結構圖；
[0037] 圖3為各實施例的封嚴涂層的滑移磨損量的平均值、現有的WC涂層的滑移磨損 量、現有的CrO涂層的滑移磨損量隨磨損時間變化的曲線圖；
[0038] 圖4為在200r/min的沖蝕速度的環境下，涂覆有各實施例的封嚴涂層的基體表面 的單位面積磨損量的平均值、表面無涂層涂覆的基體的單位面積磨損量隨時間變化的曲線 圖；
[0039] 圖5為在300r/min的沖蝕速度的環境下，涂覆有各實施例的封嚴涂層的基體表面 的單位面積磨損量的平均值、表面無涂層涂覆的基體的單位面積磨損量隨時間變化的曲線 圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖對本發明進行詳細的描述：
[0041] 如圖2所示，為透平壓縮機的內部結構圖。機匣14的內壁上涂覆有封嚴涂層2。 封嚴涂層2包括兩層子涂層，分別為涂覆在機匣14內壁上的合金層21和涂覆在合金層21 表面的金屬陶瓷層22。工作狀態下的透平壓縮機，其壓氣機葉片11繞轉軸12轉動，尖端 13刮削封嚴涂層2的金屬陶瓷層22,使壓氣機葉片11與機匣14之間的間隙最小，降低壓 縮過程中的泄漏量，提高透平壓縮機的機械效率，降低耗能，延長使用壽命。
[0042] 各實施例中封嚴涂層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] 各實施例中封嚴涂層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] 各實施例中封嚴涂層2及其金屬陶瓷層22的物理參數如表三所示：
[0050] 表三
[0051]
[0052] 經過大量實驗證明，孔隙率不大于15 %，優選10 %~15 %，孔隙直徑不超過25 μ m 時，封嚴涂層2的可磨耗性能和抗沖蝕性能最優。封嚴涂層的表面硬度（HR15Y)在30-80 范圍內，金屬陶瓷層的結合強度大于7MPa，即可證明封