专利名称：一种空气轴承与转子涂层用复合粉体及其制备方法
技术领域：
本发明属于高温耐磨自润滑复合粉体材料制备技术领域，特别涉及一种空气轴承与转子涂层用复合粉体及其制备方法。
背景技术：
根据未来发展型发动机的总体指标要求发动机低温贮存温度为_55°C。随着导弹使用环境温度不断降低，发动机在低温条件下启动时，存在贫油、重载的使用条件，综合技术指标十分苛刻，轴承的可靠性寿命受到严峻考验。发动机启动瞬间最低温度可以达到_55°C，润滑油在此温度条件下粘度较高，无法正常对一些转动副起润滑作用，导致在启动过程中，发动机工作可靠性大幅度降低，严重时甚至导致轴承卡涩；发展型发动机需进行增推改型，发动机用轴承负载提高，运转转数增大(70000转/分钟)，轴承的最高温度也随之提高，其工作温度将达到650°C，轴承在如此高的温度下，传统的油润滑体系已无法满足新型发动机的使用要求。因此，必须研制出耐高温同时低温工作能力较强的新型轴承和相关摩擦副，以满足型号研制的迫切需求。国外常用的高、低温性能优异的新型轴承为空气轴承，该轴承和转子系统使用等离子喷涂耐高温固体润滑剂涂层，其最高使用温度可达650°C，与之配伍的箔片式摩擦副的涂层为Cu基合金。空气轴承相对普通轴承其特点为取消了润滑系统大大简化结构、轴承工作温度范围大幅度拓宽、承载能力提高、工作摩擦损耗小、轴承工作寿命大大延长、振动小。国内空气轴承技术已基本掌握，目前急需耐高温固体润滑剂涂层与其配套使用，该涂层以其优良的自润滑、抗磨损、耐高低温特性，而成为国外先进机型的首选方案，该涂层技术在国内的研究尚属起步阶段，无成功应用先例。因而该涂层材料的研究，可以解决新型弹用发动机研制的急需，同时也将填补国内该领域的空白。综上所述，采用高压氢还原-固相合金化技术制备NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体，然后用等离子喷涂工艺制备高温耐磨自润滑涂层，是一种高性能、较理想的涂层制备工艺。目前，尚没有关于空气轴承与转子用涂层复合粉体的制备方法的研究和专利报道。本发明采用熔融、破碎、球磨、高压氢还原包覆镍层、固相合金化，最终将粉末制备成 NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体。该种粉末材料特别适合于等离子喷涂制备空气轴承与转子自润滑涂层，该工艺流程简单、设备投入小、技术含量高。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气轴承与转子高温耐磨自润滑涂层用复合粉体及其制备方法。本发明提供一种空气轴承与转子涂层用复合粉体，该复合粉体成分相按重量比如下=NiCr 50 ~ 70%, Cr2O3 :5 20%，BaF2/CaF2 :5 15%，Ag :5 15%，其中，优选的比例如下:NiCr 50 ~ 60%, Cr2O3 10 20%, BaF2/CaF2 :10 15%，Ag :10 15%。
所述NiCr中Ni与Cr的重量比为(3 4) 1，所述BaF2/CaF2中BaF2与CaF2重量比为1 2。本发明还提供一种空气轴承与转子涂层用复合粉体的制备方法，该复合粉体成分相按重量比如下NiCr 50 70%，Cr203 5 20%，BaF2/CaF2 5 15%，Ag 5 15%，其制备方法如下，(1)将BaF2和CaF2粉体按照重量比为1 2的比例混合，在洁净的石墨坩锅内熔化，冷却，成块状共晶体，将块状共晶体粉碎、球磨制备成1 ΙΟμπι的粉体；(2)将BaF2/CaF2共晶粉、Ag粉、Cr2O3粉、水和粘接剂进行湿磨，所述的粘结剂可选用聚乙烯醇，制成料浆进行离心喷雾造粒。采用离心式喷雾干燥将均勻稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，进口温度为330 350°C，出口温度为170 200°C，离心雾化盘转速为9000r/ min ；(3)造粒后进行低温烧结以脱除定形剂，低温烧结温度为300 450°C，然后放入高压反应釜中，高压氢还原包覆镍层，其中，高压反应釜的温度为180 220°C，氢气压力 4 6MPa，包覆镍层厚度为0. 5 0. 8 μ m ；(4)在颗粒表面用固相合金化技术渗Cr粉，在高纯氢还原炉中采用表面催化剂进行无烧结扩散合金化处理，其中，处理温度800 1120°C，时间4 10小时，制成 NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2 包覆粉体。所述NiCr中Ni与Cr的重量比为(3 4) 1。本发明的有益效果为该方法流程简单、设备投入小、技术含量高，制备出的粉体材料特别适合于等离子喷涂制备空气轴承与转子用自润滑涂层。
图1是实施例1制备的空气轴承与转子涂层用复合粉体的扫描电镜照片；图2是实施例1制备的空气轴承与转子涂层用复合粉体的X射线衍射分析图谱。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明实施例1一种空气轴承与转子涂层用复合粉体，该复合粉体成分相按重量比如下MCr 60%,BaF2/CaF2 :10%,Ag 10%,Cr2O3 :20%;其中，所述NiCr 中 Ni 与 Cr 的重量比为 3 1， 所述BaF2/CaF2中BaF2与CaF2重量比为1:2。一种空气轴承与转子涂层用复合粉体的制备方法，该复合粉体成分相重量比如下=NiCr :6kg (所述 NiCr 中，Ni 与 Cr 的重量比为 3:1)，BaF2/CaF2 :1kg，Ag :1kg，Cr2O3 2kg ；其制备方法为(1)将BaF2和CaF2粉体按照重量比为1 2的比例混合，在洁净的石墨坩锅内熔化，冷却，成块状共晶体，将块状共晶体粉碎、球磨制备成1 ΙΟμπι的粉体；(2)将BaF2/CaF2共晶粉、Ag粉、Cr2O3粉、水和聚乙烯醇进行湿磨，制成料浆进行离心喷雾造粒。采用离心式喷雾干燥将均勻稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，进口温度为 330°C，出口温度为170°C，离心雾化盘转速为9000r/min ；
(3)造粒后进行低温烧结脱除定形剂，低温烧结温度为300°C，然后放入高压反应釜中，高压氢还原包覆镍层，高压反应釜的温度为180°C，氢气压力4MPa，包覆镍层厚度为 0. 5 μ m ；(4)在颗粒表面用固相合金化技术渗Cr粉，在高纯氢还原炉中采用表面催化剂进行无烧结扩散合金化处理，温度900°C，时间5小时，制成NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体。本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉末的形状不规则。图1是本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉体的扫描电镜照片，由图1 可以看出粉末的表面形貌比较粗糙。图2是本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉体的X射线衍射分析图谱。 可以分析出该粉末材料的成分主要为Ni、Cr。采用国际检测方法测定粉末的松装密度和流动性为松装密度3. 5g/cm3流动性 45s/50g。实施例2一种空气轴承与转子涂层用复合粉体，该复合粉体成分相重量比如下NiCr: 50%,BaF2/CaF2 :15%,Ag 15%,Cr2O3 :20%;其中，所述NiCr 中 Ni 与 Cr 的重量比为 4 1， 所述BaF2/CaF2中BaF2与CaF2重量比为1:2。一种空气轴承与转子涂层用复合粉体的制备方法，该复合粉体成分相重量如下 NiCr :5kg(所述 NiCr 中，Ni 与 Cr 的重量比为 4:1)，BaF2/CaF2 :1. 5kg，Ag :1. 5kg，Cr2O3 2kg ；其制备方法为(1)将BaF2和CaF2粉体按照重量比为1 2的比例混合，在洁净的石墨坩锅内熔化，冷却，成块状共晶体，将块状共晶体粉碎、球磨制备成1 ΙΟμπι的粉体；(2)将BaF2/CaF2共晶粉、Ag粉、Cr2O3粉、水和聚乙烯醇进行湿磨，制成料浆进行离心喷雾造粒。采用离心式喷雾干燥将均勻稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，进口温度为 330°C，出口温度为170°C，离心雾化盘转速为9000r/min ；(3)造粒后进行低温烧结脱除定形剂，温度为300°C，然后放入高压反应釜中，高压氢还原包覆镍层，高压反应釜的温度为220°C，氢气压力6MPa，包覆镍层厚度为0. 5 μ m ；(4)在颗粒表面用固相合金化技术渗Cr粉，在高纯氢还原炉中采用表面催化剂进行无烧结扩散合金化处理，温度920°C，时间8小时，制成NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体。本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉末的形状不规则。本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉体的X射线衍射分析图谱可以分析出该粉末材料的成分主要为Ni、Cr。采用国际检测方法测定粉末的松装密度和流动性为松装密度3. 7g/cm3流动性 43s/50g。实施例3一种空气轴承与转子涂层用复合粉体，该复合粉体成分相按重量比如下=NiCr 60 %, BaF2/CaF2 -.15%, Ag -.15%, Cr2O3 :10 % ；其中，所述 NiCr 中 Ni 与 Cr 的重量比为 3. 5 1，所述 BaF2/CaF2 中 BaF2 与 CaF2 重量比为 1:2。
一种空气轴承与转子涂层用复合粉体的制备方法，该复合粉体成分相按重量比如下=NiCr :6kg (所述 NiCr 中 Ni 与 Cr 的重量比为 3. 5 1)，BaF2/CaF2 :1. 5kg，Ag :1. 5kg， Cr2O3 :1kg ；制备方法为(1)将BaF2和CaF2粉体按照重量比为1 2的比例混合，在洁净的石墨坩锅内熔化，冷却，成块状共晶体，将块状共晶体粉碎、球磨制备成1 ΙΟμπι的粉体；(2)将BaF2/CaF2共晶粉、Ag粉、Cr2O3粉、水和粘接剂进行湿磨，制成料浆进行离心喷雾造粒。采用离心式喷雾干燥将均勻稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，进口温度为330°C， 出口温度为200°C，离心雾化盘转速为9000r/min ；(3)造粒后进行低温烧结脱除定形剂，低温烧结温度为300°C，然后放入高压反应釜中，高压氢还原包覆镍层，高压反应釜的温度为190°C，氢气压力5MPa，包覆镍层厚度为 0. 5 0. 8μπι ；(4)在颗粒表面用固相合金化技术渗Cr粉，在高纯氢还原炉中采用表面催化剂进行无烧结扩散合金化处理，温度1000°C，时间6小时，制成NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体。本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉末的形状不规则。本实施例制备的空气轴承与转子涂层用复合粉体的X射线衍射分析图谱，分析出该粉末材料的成分主要为Ni、Cr。采用国际检测方法测定粉末的松装密度和流动性为松装密度3. 5g/cm3流动性 43s/50g。
权利要求
1.一种空气轴承与转子涂层用复合粉体，其特征在于，该复合粉体成分相按重量比如下NiCr 50 70%，Cr2O3 5 20%，BaF2/CaF2 :5 15%，Ag :5 15%。
2.根据权利要求1所述的复合粉体，其特征在于，该复合粉体成分相按重量比如下 NiCr 50 60%，Cr2O3 10 20%，BaF2/CaF2 :10 15%，Ag 10 15%。
3.根据权利要求1所述的复合粉体，其特征在于，所述MCr中M与Cr的重量比为 (3 4) 1。
4.根据权利要求1所述的复合粉体，其特征在于，所述BaF2/CaF2中BaF2与CaF2重量比为1 2。
5.一种空气轴承与转子涂层用复合粉体的制备方法，其特征在于，该复合粉体成分相按重量比如下NiCr 50 70%，Cr203 5 20%，BaF2/CaF2 5 15%，Ag 5 15%组成， 制备方法为，(1)将BaF2和CaF2粉体按照重量比为1 2的比例混合，在洁净的石墨坩锅内熔化， 冷却，成块状共晶体，将块状共晶体粉碎、球磨制备成1 IOym的粉体；(2)将BaF2/CaF2共晶粉、Ag粉、Cr2O3粉、水和粘接剂进行湿磨，制成料浆进行离心喷雾造粒；(3)造粒后进行低温烧结脱，低温烧结温度为300 450°C，然后放入高压反应釜中，高压氢还原包覆镍层；(4)在颗粒表面用固相合金化技术渗Cr粉，在高纯氢还原炉中采用表面催化剂进行无烧结扩散合金化处理，制成NiCr-Cr203-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤O)中，采用离心式喷雾干燥将均勻稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，进口温度为330 350°C，出口温度为170 200°C，离心雾化盘转速为9000r/min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，高压反应釜的温度为 180 220°C，氢气压力4 6MPa，包覆镍层厚度为0. 5 0. 8 μ m。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，无烧结扩散合金化处理温度800 1120°C，时间4 10小时。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述MCr中M与Cr的重量比为 (3 4) 1。
全文摘要
本发明公开了属于高温耐磨自润滑复合粉体材料制备技术领域的一种空气轴承与转子涂层用复合粉体及其制备方法，复合粉体成分相的重量比NiCr50～70％，Cr2O35～20％，BaF2/CaF25～15％，Ag5～15％。制备方法为，BaF2/CaF2共晶与Ag、Cr2O3料浆通过离心喷雾造粒后进行粉体低温烧结，然后采用高压氢还原技术在喷雾造粒表面沉积致密镍层，最后颗粒表面镍层采用固相合金化渗铬，通过粉体筛分得到合适的NiCr-Cr2O3-Ag-BaF2/CaF2包覆粉体。该方法流程简单、设备投入小、技术含量高，在使用和储存过程中，涂层粉末不会发生机械混合粉末易出现的偏析现象。制备出的粉体材料特别适合于等离子喷涂制备高温耐磨自润滑涂层。
文档编号B22F9/00GK102528049SQ20101061303
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者戴赫 申请人:北京有色金属研究总院, 有研粉末新材料(北京)有限公司