透平机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种透平机械。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的日新月异，对机械效率的要求也越来越高，同时节能环保的理念 也越加深入产品设计和加工制造技术中。在透平机械中，间隙密封的实用性和可靠性对于 提升机械效率、确保机械安全运行、节能环保都具有重要意义。以透平机械中的透平压缩机 为例，正向着大容量、高效率、高压缩比的应用方向发展。
[0003] 如图1所示，工作状态下，压缩机1的压气机叶片11绕转轴12转动，压气机叶片 11的尖端13和机匣14内壁之间的间隙越小，相对泄漏量（泄漏量与进气量的比值）越小， 工作效率越高，且能耗越低，使用寿命越长。据统计，压缩机径向间隙每增大0. 13mm，单位 消耗就增加0. 5%;反之，径向间隙每较少0. 25mm，工作效率能提高1 %。为此，减少尖端13 和机匣14内壁之间的间隙，提高压缩比，已成为提高工作效率、节约能耗的惯用手段。减少 间隙的方法有多种，目前行业内应用最广的为级间迷宫式密封技术，即在转轴12周围设若 干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，压缩对象在通 过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。但当压缩对象处于高流速状态，且 为硬质颗粒物时，会对密封件造成严重磨损，导致间隙变大，降低阻漏效果，从而导致损耗 增加、机组效率降低，严重时必须停机检修，影响生产。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可磨耗性能高的封严涂 层。
[0005] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] 封严涂层，其特征在于，包括至少两个子涂层，分别为涂覆在基体表面的合金层和 涂覆在合金层表面的金属陶瓷层；所述合金层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组成；所述金属陶 瓷层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组成。
[0007] 优选地是，孔隙率为不大于15%。
[0008] 优选地是，孔隙率为10 %~15%。
[0009] 优选地是，孔隙直径不大于25 μ m。
[0010] 优选地是，其表面硬度为60~80HR15Y。
[0011] 优选地是，金属陶瓷层的结合强度不小于23MPa。
[0012] 优选地是，所述合金层的厚度为50um~150um(优选IOOum)。
[0013] 优选地是，所述金属陶瓷层的厚度为400um~800um (优选600um)。
[0014] 优选地是，所述基体为透平机械。
[0015] 优选地是，所述透平机械为透平压缩机。
[0016] 本发明的另一个目的是提供一种可磨耗性能高的封严涂层的制备方法。
[0017] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0018] 封严涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019] a.采用喷涂设备，将按照所述合金层的元素组成配制的合金材料喷涂至基体表 面，形成厚度为50um~150um (优选IOOum)的合金层；
[0020] b.采用喷涂设备，将按照所述陶瓷层的元素组成配制的金属陶瓷材料喷涂至合金 层表面，形成厚度为400um~800um (优选600um)的金属陶瓷层，最终制得涂覆在基体表面 的封严涂层。
[0021] 优选地是，喷涂形成合金层之前，对基体表面进行预处理；预处理包括清洗和喷砂 处理；预处理后对基体表面进行检查；若检测出基体表面存在孔洞或杂质，需要将杂质清 除，并通过补焊打磨的方式将孔洞填平。
[0022] 优选地是，所述步骤a中，采用超音速喷涂设备喷涂。
[0023] 优选地是，所述步骤b中，采用超音速喷涂设备喷涂。
[0024] 优选地是，所述步骤b还包括将喷涂后的基体放置在300 °C~500 °C (优选400 °C ) 的环境内热处理1~3小时（优选2小时）。
[0025] 本发明的另一个目的是提供一种机械效率高的透平机械。
[0026] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0027] 透平机械，其特征在于，涂覆有封严涂层。
[0028] 优选地是，为透平压缩机。
[0029] 本发明提供的封严涂层，兼具良好的可磨耗性能和抗冲蚀性能，适用于透平机械 密封，可减小透平机械的间隙，降低泄漏量，大大提高透平机械的机械效率。除封严作用，封 严涂层还能为透平机械提供绝热保护，避免高温高速气流引起的不稳定现象的发生。
[0030] 本发明提供的封严涂层包括两层涂层，分别为涂覆在基体表面的合金层和涂覆在 合金层表面的金属陶瓷层。
[0031] 将合金层作为涂覆基体表面的打底层，由于合金层与基体材料在热传导、热膨胀 等性能上相匹配，与基体之间具有良好的结合强度，确保基体长时间的使用后涂层也无脱 落，延长了涂层的使用寿命，降低了透平机械的维护频率。
[0032] 在合金内添加陶瓷制得金属陶瓷材料，金属陶瓷材料涂覆合金层形成金属陶瓷 层。金属陶瓷层中的金相使金属陶瓷层具有金属的抗腐蚀性、抗氧化性，尤其具有适当的硬 度，从而具备抗冲蚀性，抵抗间隙流道中高速气流、硬质颗粒物的冲击，避免涂层损坏，延长 了涂层使用寿命，同时可避免间隙变大，保证了密封效果。金属陶瓷中的陶瓷相使金属陶瓷 层的总体硬度较纯金属的硬度降低，剪切强度和摩擦系数也降低，从而具有良好的可磨耗、 自润滑。当压气机叶片的尖端刮削机匣内壁表面的金属陶瓷层时，由于金属陶瓷层具有良 好的可磨耗性能，涂层对叶片尖端的冲击力和摩擦力较小，涂层被刮削的同时叶片尖端不 会损坏，涂层也无脱落，延长了透平机械的使用寿命，间隙不随运行时间的增加而变大，减 少泄漏量，提高透平机械的机械效率。陶瓷相的加入还使金属陶瓷层具有抗高温性能。
[0033] 本发明提供的封严涂层的制备方法，工艺简单，制备得到的封严涂层修复和性能 调整简易。
[0034] 本发明提供的透平机械，其间隙处涂覆有封严涂层。工作状态下，叶片尖端刮削封 严涂层，形成理想的径向气流间隙，即间隙最小，从而获得最大压差，显著提高机械效率，且 能耗降低，寿命延长。
【附图说明】
[0035] 图1为传统透平压缩机的内部结构图。
[0036] 图2为本发明实施例中涂覆有封严涂层的透平压缩机的内部结构图；
[0037] 图3为各实施例的封严涂层的滑移磨损量的平均值、现有的WC涂层的滑移磨损 量、现有的CrO涂层的滑移磨损量随磨损时间变化的曲线图；
[0038] 图4为在200r/min的冲蚀速度的环境下，涂覆有各实施例的封严涂层的基体表面 的单位面积磨损量的平均值、表面无涂层涂覆的基体的单位面积磨损量随时间变化的曲线 图；
[0039] 图5为在300r/min的冲蚀速度的环境下，涂覆有各实施例的封严涂层的基体表面 的单位面积磨损量的平均值、表面无涂层涂覆的基体的单位面积磨损量随时间变化的曲线 图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明进行详细的描述：
[0041] 如图2所示，为透平压缩机的内部结构图。机匣14的内壁上涂覆有封严涂层2。 封严涂层2包括两层子涂层，分别为涂覆在机匣14内壁上的合金层21和涂覆在合金层21 表面的金属陶瓷层22。工作状态下的透平压缩机，其压气机叶片11绕转轴12转动，尖端 13刮削封严涂层2的金属陶瓷层22,使压气机叶片11与机匣14之间的间隙最小，降低压 缩过程中的泄漏量，提高透平压缩机的机械效率，降低耗能，延长使用寿命。
[0042] 各实施例中封严涂层2的合金层21的组分重量百分比含量如表一所示：
[0043] 表一
[0044]
[0045] 各实施例中封严涂层2的金属陶瓷层22的组分重量百分比含量如表二所示：
[0046] 表二
[0047]
[0048]
[0049] 各实施例中封严涂层2及其金属陶瓷层22的物理参数如表三所示：
[0050] 表三
[0051]
[0052] 经过大量实验证明，孔隙率不大于15 %，优选10 %~15 %，孔隙直径不超过25 μ m 时，封严涂层2的可磨耗性能和抗冲蚀性能最优。封严涂层的表面硬度（HR15Y)在30-80 范围内，金属陶瓷层的结合强度大于7MPa，即可证明封严涂层的可磨耗性能和抗冲蚀性能 满足使用要求。