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摘要：本文采用火焰粉末喷涂制备镍石墨涂层（Metco 307NS），研究了火焰粉末喷涂工艺技术中喷涂距离与送粉量等关键工艺参数对涂层硬度的影响，摸索出了两种关键工艺参数与涂层硬度之间的关系。随着喷涂距离增加，镍石墨涂层硬度呈现先增大后减小的趋势；随着送粉量的增加，镍石墨涂层硬度呈现减小的趋势。
关键词：镍石墨涂层；火焰粉末喷涂；可磨耗封严涂层
1引言
镍石墨涂层是一种应用于航空发动机零部件中常见的可磨耗封严涂层，常用于控制航空发动机零部件中转子件与静子件的间隙[1]。为了提高航空发动机零部件的服役性能与寿命，常采用热喷涂可磨耗封严涂层减少发动机减少泄露损失[2]。
本次工艺研究选取的粉末为美科公司生产的镍石墨粉末（牌号Metco 307NS），粉末粒度介于30μm与90μm之间。
2试验结果与讨论
送粉量与喷涂距离为火焰粉末喷涂工艺中的关键工艺参数，此次工艺研究拟研究上述工艺参数与涂层硬度之间的关系，工艺试验具体参数见表1-1。
表1-1 火焰粉末喷涂镍石墨涂层试验工艺参数
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采用表1-1中的工艺参数制备涂层硬度试样，表1-2涂层硬度结果。
表1-2 涂层硬度结果
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1喷涂距离与涂层硬度之间的关系
当固定送粉量，调整喷涂距离时，涂层硬度发生较为明显变化。例如，当送粉量示数为70时，喷涂距离为170～180 mm，涂层硬度为HR15Y 15.9；喷涂距离为150～160 mm，涂层硬度为HR15Y 27.6；喷涂距离为130～140 mm，无有效硬度值。分析可知，当送粉量示数为70、喷涂距离为150～160 mm时，喷涂粉末熔化效果良好，而且粉末获得了较高的动能与撞击力，涂层冷凝后获得较为致密的涂层，因此涂层硬度较高；当喷涂距离缩短时，虽然粉末获得更高的动能，但当粉末喷涂到基体形成涂层时，部分粉末没有熔化完全，涂层中未熔颗粒增多，导致涂层硬度下降；当喷涂距离增加时，虽然粉末可以获得较好的熔化效果，但是由于粉末飞行距离过长，形成涂层时，粉末获得的撞击力大大下降，导致涂层疏松，使涂层硬度下降[3，4]。当送粉量为60、50时，同样观察到类似的试验结果。图1-1为喷涂距离与涂层硬度关系图。
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图1-1 喷涂距离与涂层硬度关系图
2送粉量与涂层硬度之间的关系
当固定喷涂距离，调整送粉量时，涂层硬度同样发生较为明显变化。例如，当喷涂距离为150～160 mm时，送粉量示数为70，涂层硬度为HR15Y 27.6；送粉量示数为60，涂层硬度为HR15Y 31.8；送粉量示数为50，涂层硬度为HR15Y 45.6。涂层硬度随着送粉量的降低而升高，分析可知，送粉量的降低将提高个体粉末获得的热焓，粉末熔化效果得到改善，涂层组织致密，涂层硬度升高。但是，个体粉末所获得的过多能量将会造成涂层中软质相或者硬质相的烧蚀，影响涂层硬度，降低涂层质量[4]。当喷涂距离为130～140 mm、170～180 mm时，同样观察到类似的试验结果。图1-2为送粉量与涂层硬度关系图。
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图1-2 送粉量与涂层硬度关系图
3 结论
本文研究了喷涂距离及送粉量与镍石墨涂层硬度之间的关系：在本次试验所选的喷涂距离及送粉量范围内，随着喷涂距离增加，镍石墨涂层硬度呈现先增大后减小的趋势；随着送粉量的增加，镍石墨涂层硬度呈现减小的趋势。
参考文献：
[1]易茂中，张先龙，郑济宏，等. 可磨耗封严涂层及其性能评价. 航空制造技术，1998（3）：3-5。
[2]王海军. 热喷涂工程师指南. 国防工业出版社，2010（1）：45-47。
[3]王薇，张琦，黄子勋. 发动机封严涂层的研究进展. 航空制造工程，1996（11）：3。
[4]杨永琦，章德铭，刘建明. 火焰喷涂铜铝镍石墨封严涂层工艺研究. 热喷涂技术，2012（4）：49-51。
基金项目：
本论文由哈尔滨市应用技术研究与开发项目（项目编号：2016RAYGJ007）支持完成。