姜 英 李秀麗 婁 霞

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽， 618000)

一種固體潤(rùn)滑涂層在燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用

姜 英 李秀麗 婁 霞

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽， 618000)

在試板、 燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)零部件上對(duì)一種固體潤(rùn)滑涂料進(jìn)行了一系列的工藝試驗(yàn)和性能測(cè)試， 找到了該涂料的最佳噴涂參數(shù)和該涂層制備的最佳工藝流程。該潤(rùn)滑涂層的外觀、厚度、耐磨性和結(jié)合力均達(dá)到了燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)零部件的技術(shù)要求，并將該潤(rùn)滑涂層在生產(chǎn)中成功應(yīng)用。

固體潤(rùn)滑涂料；燃機(jī)；旁路機(jī)構(gòu)

1 前言

旁路機(jī)構(gòu)[1，2]作為燃機(jī)的重要部件， 其大部分零部件都必須滿足在高溫下仍具有低摩擦、潤(rùn)滑性穩(wěn)定等性能， 因此這些零部件表面潤(rùn)滑涂層[3，4]的選擇就變得尤為重要。 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂料是一種以氮化硼為主潤(rùn)滑劑的耐熱性固體潤(rùn)滑涂料，它具有優(yōu)異的耐熱性和承載能力，同時(shí)還具有摩擦系數(shù)低、耐蝕性良好、使用溫度范圍寬、易于加工和無污染等特點(diǎn)，可在高溫環(huán)境下維持一定程度的潤(rùn)滑性。但是該涂層的制作工藝卻十分苛刻，為了使其能在燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)上得到應(yīng)用，對(duì)該潤(rùn)滑涂料進(jìn)行了一系列的工藝試驗(yàn)和性能測(cè)試，最終得到了該涂料在燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)上的最佳噴涂參數(shù)，并在生產(chǎn)中得到成功應(yīng)用。

2 試驗(yàn)

2.1 試樣準(zhǔn)備

試 板 制 備 ： 分 別 制 備 2Cr12NiMo1W1V、1Cr12Mo 這 兩 種 材 料 的 試 板 ， 試 板 尺 寸 均 為100mm×50mm×5mm。

模擬件制備： 采用 12Cr2Mo1 材料按燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)上需要制備潤(rùn)滑涂層的零部件的尺寸制備相應(yīng)的模擬件。

2.2 工藝流程

由于該潤(rùn)滑涂層制備工藝較為復(fù)雜，因此經(jīng)過多次試驗(yàn)最終確定該潤(rùn)滑涂層的主要工藝流程如圖1所示。

圖1 潤(rùn)滑涂層生產(chǎn)工藝流程圖

2.2.1 清洗、 脫脂

采用金屬清洗劑擦洗后，再用丙酮徹底除去殘余油污。

2.2.2 噴砂

使用 240# 白剛玉砂對(duì)試板、 模擬件表面進(jìn)行噴砂處理， 要求達(dá)到 Sa2.5 級(jí)。

2.2.3 噴涂潤(rùn)滑涂層

噴砂后 4h 內(nèi)進(jìn)行噴涂處理， 要求將 DF-Ⅱ涂料進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻，噴涂時(shí)溫度20～25℃、 濕度 50%～70%RH。

2.2.4 固化

將噴涂完成的試板或模擬件放入固化爐，升溫到 220℃， 保溫 1h 后隨爐降溫。 而對(duì)尺寸較大不能進(jìn)入固化爐的零部件采用在室溫晾置 24h 以上的常溫固化方式。

2.3 性能測(cè)試

2.3.1 宏觀性能檢測(cè)

在試板和模擬件表面噴涂固體潤(rùn)滑涂料，干燥固化后對(duì)其外觀、涂層厚度、金相組織等進(jìn)行檢測(cè)。固體潤(rùn)滑涂料的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂料的主要技術(shù)指標(biāo)

2.3.2 耐磨性檢測(cè)

采用 SRV 高溫磨損試驗(yàn)機(jī) （德國(guó) Optimol公司）， 對(duì) DF-Ⅱ潤(rùn)滑涂層耐磨性進(jìn)行了測(cè)試， 具體試驗(yàn)條件為： 接觸載荷： 50N； 接觸形式： 面接觸； 行程： 1.1mm； 潤(rùn)滑條件： 干摩擦； 往復(fù)頻率： 30Hz； 溫度： 450℃。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 涂層外觀

根據(jù)燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)零部件表面技術(shù)要求，首先采用在試板上噴涂 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂料的方式進(jìn)行了施工工藝的篩選和穩(wěn)定工作，然后對(duì)燃機(jī)中旁路機(jī)構(gòu)零部件的模擬件進(jìn)行了涂層制備。具體涂層外觀如圖2所示。從圖2中可以看出，無論是試板還是模擬件，它們的涂層均呈黑灰色且顏色均勻。該涂層表面均沒有氣泡、裂紋以及剝落等缺陷存在。

圖2 試板與模擬件涂層外觀

3.2 涂層厚度

在試板和模擬件表面噴涂 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層，對(duì)噴槍的流量、壓力、距離、移動(dòng)速度等參數(shù)都進(jìn)行了篩選，同時(shí)進(jìn)行了涂層厚度的檢測(cè)，最后確定了最佳的噴涂參數(shù)。表2是采用最佳工藝噴涂的試板和模擬件涂層厚度檢測(cè)結(jié)果，其中涂層厚度檢測(cè)取點(diǎn)位置按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。從表2中可以看出，無論是試板還是模擬件的DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層厚度均在 10～20μm 之間， 滿足燃機(jī)旁路結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑涂層厚度的要求。隨著零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的增加，涂層厚度的均勻性會(huì)相應(yīng)有所降低。

表2 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層厚度檢測(cè)結(jié)果

為了保證模擬件在噴涂潤(rùn)滑涂層后，整體厚度均滿足技術(shù)要求，在噴涂前后對(duì)模擬件1進(jìn)行了尺寸檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。從工件幾何尺寸的變化可以看出，涂層厚度與金相檢測(cè)結(jié)果相同，在 10～20μm 范圍內(nèi)， 滿足了技術(shù)要求。

表3 模擬件1的尺寸檢測(cè)結(jié)果

3.3 金相檢測(cè)

為了進(jìn)一步觀察試板以及模擬件上潤(rùn)滑涂層的宏觀形貌，對(duì)試板和模擬件涂層進(jìn)行了金相檢測(cè)， 檢測(cè)結(jié)果如圖3～圖9 所示。

圖3 試板上涂層金相組織結(jié)構(gòu)（500X）

圖4 模擬件 1 靠近內(nèi)圓圓弧 （100X）

圖5 模擬件 1 靠近外圓平臺(tái) （100X-1）

圖6 模擬件 1 靠近外圓平臺(tái) （100X）

圖7 模擬件 1 內(nèi)圓 （100X-2）

圖8 模擬件 2 （500X-1）

圖9 模擬件 2 （500X-2）

從圖3～圖9 可以看出， 無論是試板還是模擬件的潤(rùn)滑涂層均為灰黑色相間的層狀結(jié)構(gòu)，由此可以看出 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層的潤(rùn)滑性能良好。而且在這些金相照片中均沒有看到氣孔和裂紋等缺陷，說明優(yōu)化出的最佳噴涂參數(shù)，可以制備出性能優(yōu)良的潤(rùn)滑涂層。涂層厚度也和測(cè)試結(jié)果相吻合， 滿足 10～20μm 的技術(shù)要求。

3.4 耐磨性

為了進(jìn)一步了解 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層的耐磨性， 進(jìn)行了平板滑動(dòng)試驗(yàn)， 具體結(jié)果見圖10。 由于試驗(yàn)條件所限，常溫固化的試樣無法檢測(cè)，圖10中數(shù)據(jù)均為加溫固化試樣的摩擦系數(shù)值。 從這些數(shù)據(jù)可以看出：在加溫固化的條件下，四個(gè)試樣涂層的摩擦系數(shù) （μ 值）相差不大， 平均范圍均在 0.58～0.73 范圍之內(nèi)， 滿足燃機(jī)旁路機(jī)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑涂層耐磨性能的要求。

圖10 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層摩擦系數(shù)的變化情況

3.5 結(jié)合力

燃機(jī)旁路結(jié)構(gòu)零部件的潤(rùn)滑涂層不僅要求潤(rùn)滑性能好，同時(shí)結(jié)合力也必須滿足要求。防止?jié)櫥繉觿兟湓斐砂踩鹿省?因此對(duì) DF-Ⅱ涂層與基材的結(jié)合力進(jìn)行了測(cè)試， 測(cè)試結(jié)果如圖11所示。 從圖11中可以看出， 雖然無論是常溫固化還是加溫固化，涂層的結(jié)合力均滿足要求，但是加溫固化后涂層的結(jié)合強(qiáng)度是常溫固化的 3～7 倍。因此，對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度要求較高的零部件最好采用加溫固化的方式。

圖11 潤(rùn)滑涂層結(jié)合強(qiáng)度對(duì)比圖

4 結(jié)論

經(jīng)過對(duì) DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂料進(jìn)行的一系列工藝試驗(yàn)和性能測(cè)試，總結(jié)出了最佳的噴涂技術(shù)參數(shù)以及最佳的涂層制備工藝。同時(shí)得出了以下結(jié)論：

（1）DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層可采用加溫固化，也可采用常溫固化，其涂層外觀均勻，無氣泡、裂紋和剝落等缺陷存在；

（2）DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層的結(jié)合力和耐磨性均滿足燃機(jī)旁路結(jié)構(gòu)零部件的技術(shù)要求；

（3）采用加溫固化的 DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層與基材的結(jié)合力和耐磨性均優(yōu)于常溫固化的涂層；

總之， DF-Ⅱ固體潤(rùn)滑涂層在實(shí)際生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，目前在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)制造廠家在該技術(shù)上的空白。

［1］黃慶宏.汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)原理及應(yīng)用［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2005

［2］焦樹建.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003

［3］馮大鵬,劉近朱,毛紹蘭,等.高溫?zé)o機(jī)潤(rùn)滑涂層的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程材料,1998,22(6)：5-7,22

［4］張祥林,喬曉勇,章小峰,等.高溫固體自潤(rùn)滑涂層的發(fā)展[J].新技術(shù)新工藝，2006(11):7-11

Application of Solid Lubricant Coatings on the Bypass Mechanism of Gas Turbine

Jiang Ying， Li Xiuli， Lou Xia
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

A series of process experiments and performance testswere conducted for solid lubricant coatings on the test piece and the part of gas turbine bypass mechanism.The best spraying parameter and the best coating preparation process were found.The appearance,thickness,resistance and bonding strength of these lubricant coatingsmet the technical requirements of the gas turbine bypassmechanism,and this lubrication coating had been applied in production successfully.

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姜英 （1969-）， 女， 本科， 副主任工程師， 1992 年畢業(yè)于四川輕化工學(xué)院電化學(xué)與防腐蝕專業(yè)， 現(xiàn)主要從事表面工程技術(shù)工作。