Композиционный материал для уплотнительного покрытия на основе никеля

 

Использование: для газотермического напыления уплотнительных покрытий в компрессорах высокого давления и в турбинах газотурбинных авиационных двигателей, работающих при температурах 800 - 100^oC. Сущность изобретения: предложен композиционный материал для уплотнительного покрытия на основе никеля, содержащий, мас. %: нитрид бора 10 - 15, графит 5 - 10, фосфатное связующее 5 - 12 и интерметаллид никеля - остальное. Предложенный материал обладает повышенной коррозионной стойкостью и прочностью сцепления с основой. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к композиционным уплотнительным материалам для покрытия, наносимого газотермическим напылением в качестве уплотнений, предназначенных для работы при температурах 800-100^oC.

Известен композиционный порошковый материал для газотермического напыления уплотнительных покрытий на основе никеля (авт. св. N 1436516, кл. C 22 C 19/03, 1987), содержащий никель и графит в виде никелированного графита, алюминий, кремний и органическое связующее, причем он содержит порошки компонентов, связанных в частицы комкообразной формы, при следующем соотношении компонентов материала, мас.

Графит 20-24 Алюминий 5-7 Кремний 0,5-1 Органическое связующее 4-6 Никель Остальное Данный материал имеет удовлетворительную эрозионную стойкость и прирабатываемость, однако его недостатком является низкая жаростойкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является уплотнительный материал на основе никеля (авт. св. N 569636, кл. C 22 C 19/03, 1976), содержащий никель, нитрид бора, графит, окись меди, сернистую медь и силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитрид бора 12-20 Графит 2-8 Окись меди 8-14 Сернистая медь 4-12 Силикат натрия 18-26
Никель Остальное
Материал имеет удовлетворительную прирабатываемость и мощность сцепления с основой при температуре до 750^oC, но этого недостаточно для покрытия, работающего при температурах 800-1100^oC.

Целью настоящего изобретения является повышение жаростойкости, прочности сцепления с основой и прирабатываемости при температурах 800-1100^oC.

Указанная цель достигается за счет того, что известный уплотнительный материал, содержащий нитрид бора, графит, окись меди, сернистую медь, силикат натрия и никель, дополнительно содержит фосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитрид бора 10-15
Графит 5-10
Фосфатное связующее 5-12
Интерметаллид никеля с алюминием Остальное
Фосфатные связующие используются в строительстве, антикоррозионной защите, декоративных работах и т.д. для получения материалов (см. В.А. Копейкин и др. Материалы на основе металлофосфатов, М. Химия, 1976, с 135).

Фосфатные связующие не используются в композиционных уплотнительных материалах для покрытий, наносимых газотермическим напылением.

Согласно диаграмме фазового равновесия системы Ni-Al в структуре покрытий из композиционных порошков Ni-Al могут присутствовать следующие интерметаллические соединения-NiAl₃, Ni₂Al₃, NiAl, Ni₃Al. При напылении никельалюминиевых композиционных порошков существенное изменение состава (Ni/Al увеличивается от 5 до 20) не приводит к заметному ухудшению показателей прочности сцепления (см. А.Я.Кулик, Ю.С Борисов и др. Газотермическое напыление композиционных порошков, Л. Машиностроение, 1985, с.106, 110). Применение того или иного интерметаллида будет влиять только на жаростойкость покрытия.

Композиционный материал готовят следующим образом.

Готовят смесь графита и нитрида бора в соотношении, мас.

Графит 34-50
Нитрид бора 66-50,
затем к полученной смеси подмешивают интерметаллид никеля с алюминием (Ni₃Al) в количестве 65 75 мас. и после перемешивания добавляют водный раствор алюмоборфосфатного связующего (АБФС) в количестве 0,250 0,330 кг на 1 кг сухой шихты перемешивают смесь, гранулирование осуществляют в сочетании с конвективной обработкой в псевдоожиженном слое при 140-170^oC с последующим дроблением и пневмоклассификацией: выделение фракции 80 315 мкм.

Газотермическое напыление такой композиции позволяет получить уплотнение, в котором сбалансированы прочность сцепления на отрыв, требуемая жаростойкость при незначительном моменте сопротивления врезанию сопрягаемых элементов.

Жаростойкость предлагаемого материала определяется прибылью веса в при температуре 800^oC. Прочность сцепления величина усилия разрыва покрытия с основой к площади сечения в МПа. Работа трения, величина обратная прирабатываемости, определяется усилием врезания контртела на заданную глубину с заданной скоростью в испытуемый образец.

Примеры конкретного осуществления изобретения приведены в таблице.

Как следует из таблицы, предельные значения прочности сцепления с основой, работы трения и жаростойкости предлагаемого композиционного материала превосходят аналогичные показатели известного материала.

При малом содержании сухих смазок (графит меньше 5 мас. нитрид бора меньше 10 мас.) недопустимо увеличивается работа трения. Количество сухих смазок выше верхнего предела приводит к уменьшению прочности сцепления с основой. При уменьшении количества фосфатного связующего меньше 5 мас. ухудшается жаростойкость уплотнения, а при увеличении содержания фосфатного связующего свыше 12 мас. уменьшается прочность сцепления покрытия с основой.

Формула изобретения

Композиционный материал для уплотнительного покрытия на основе никеля, содержащий нитрид бора и графит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитрид бора 10 15
Графит 5 10
Фосфатное связующее 5 12
Интерметаллид никеля Остальноер

РИСУНКИ

Рисунок 1