[发明专利]用于大气中等离子喷涂和溶线式电弧喷涂中的合金粒子和线材

说明书

技术领域

本发明涉及用于将合金粒子和线材加热到其熔融点以上，将其吹附在基材上，并在上述基材表面形成由所述粒子构成的合金被膜的大气中等离子喷涂和溶线式(日文：溶線式)电弧喷涂中的合金粒子。

背景技术

喷涂是利用高温热源使原料粉末粒子或者线材熔融，将其吹附在基材上成膜的技术。

大气中等离子(APS)喷涂被广泛实用在即使是高熔点材料也能喷涂上。溶线式电弧喷涂因以金属线作为原料高效形成被膜，所以常被用于金属类的材料的喷涂。但是与等离子喷涂比较，因粒子速度低，所以有气孔率增高的趋势。金属材料的APS喷涂和溶线式电弧喷涂还存在喷涂中金属粒子与空气进行氧化反应而使得所形成的膜中混入氧化物这样的问题。

其结果为表面膜的组成发生变化，形成化学上不均匀的组织。另外，氧化物也和金属粒子一起积层，表面膜变为多孔质，与原材料相比其密合性和耐腐蚀性劣化。

为此，研究了多种抑制喷涂表面膜的氧化的方法。

首先，作为控制喷涂中的气氛的方法，存在以惰性气体气氛腔隔断大气进行喷涂的方法，该方法作为减压等离子喷涂法而被使用，但是因工业上无效率且高成本，所以仅用于有限的用途。另外，虽然还有使喷涂粒子的温度下降、不进行熔融而成膜的低温喷涂方法，例如冷喷涂法，但是易于成膜的材料被限定在铜、铝等软质金属的范围内。再者，即使成膜，粒子的扁平度(日文：偏平度)也不够，所以大多数情况下致密性和密合力变差。

发明内容

本发明是以在大气中等离子喷涂和溶线式电弧喷涂中消除氧化物对喷涂表面膜的影响作为课题，涉及对用作原料的合金粉末粒子和线材的改进的发明。

发明1的合金粒子和线材的特征是：在吹附所形成的飞翔中，在粒子表面添加有氧化蒸发的元素。

通过本发明1，对成为主体的被膜生成用元素的氧化通过添加元素的氧化及其蒸发而得到防止，同时还可以防止被膜中混入氧化物的情况出现。

具体实施方式

本发明是发现了如下原理并利用该原理而获得的发明：

将形成喷涂气氛的高温下挥发性高的氧化物的合金元素添加到原料中，喷涂中这些元素优先与气氛中的氧进行反应、蒸发，藉此抑制表面膜中的氧含有量。

具体地说，所添加的元素(以下称为氧化蒸发元素)的条件是：

(1)和氧的亲和性高于表面膜构成元素；(2)氧化物的沸点低，容易蒸发。

通过至今所进行的实验确认了效果的元素为B、Si和C。

这些氧化蒸发元素的含有量为：0.5≤(B)≤3.0，1.0≤(Si)≤5.0，1.0≤(C)≤2.3。

低于上述下限时，氧化蒸发元素的作用不够，很难获得致密的表面膜。

如果超过上述上限的话，则形成碳化物、硼化物，存在表面膜变脆的缺点。

另外，作为被膜的主要元素，可采用作为通过大气中等离子喷涂形成被膜的元素被通常使用的Fe、Ni、Co、Mo、Cu。

还可通过Fe-Cr、Ni-Cr、Fe-Cr-Ni-Mo生成合金被膜，而Fe-Cr、Ni-Cr、Fe-Cr-Ni-Mo在现有技术中被认为其氧化激烈，在大气中等离子喷涂中很难形成合适的表面膜。

实施例

本发明的大气中等离子喷涂和溶线式电弧喷涂采用了图8和9所示的喷涂装置。该装置因是公知技术，所以省略对其的详细说明。

通过大气中等离子喷涂装置(图8)，在表1所示的条件下将表1所示的合金粒子喷涂在基材上(碳钢SS400)。

其结果示于表1中。

在通常的等离子喷涂条件下，喷涂距离以100mm为宜，但是为了更好地理解与添加元素氧化的变化，在高温、低氧化的喷涂区域(距离50mm)以及氧化发生较多的区域(距离150、200mm)进行实验。

另外，合金粒子的组成和所生成的被膜的元素含有量以酸分解-ICP发光法进行测定。

氧含有量是通过惰性气体熔化红外线吸收法(LECO TC600型)测得的结果。

表1

(米：Fe蒸发也可能，不测定)。

线材的尺寸为直径1.6mm或者3.2mm。

根据实验1-3进行的考察(参见图1)

Si添加的效果：横轴表示喷涂距离(通常为100mm左右)。表示铁中添加Si的合金表面膜中的氧含有量。

增加喷涂距离的同时增加表面膜中的氧量。

与纯铁比较，添加了Si的Fe1Si、Fe4Si的喷涂表面膜的氧含有量下降。

Si含有量为4wt％的表面膜比含有量为1wt％的表面膜在氧化下降上多。

根据实验1-3进行的考察(参见图2)