[发明专利]一种细粒径钴基合金粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金粉末技术领域，尤其涉及一种细粒径钴基合金粉末的制备方法。

背景技术

目前，随着航空航天、能源、石化等工业的迅速发展，要求材料能适应更高的环境温度。钴基合金是由钴和镍、铬、铁等合金元素组成的一种合金的总称，是一种常用的耐高温腐蚀的合金。航空航天技术中已大量使用钴基合金，钴基合金在1038℃以上时，其优越性远超镍基合金，可应用于高效率的发动机部件。而随着表面防护技术的飞速发展，用钴基合金粉末制备高温防护涂层的方法已受到普遍关注。

钴基合金粉中应用较多的有：(1)钴铬钼硅合金粉，涂层在高温强腐蚀介质下工作良好。可用于等离子喷涂、超音速喷涂等涂层制备工艺。(2)钴铬铝钇属钴基超高温合金，结合强度高，可做高温打底层材料。制备的涂层致密，抗氧化性能优异，耐腐蚀和气蚀。可用于超音速喷涂、爆炸喷涂或等离子喷涂。主要应用于冶金轧辊，高温退火炉辊等热加工设备表面的防结瘤涂层制造与修复，航空发动机转子叶片、导向叶片和燃气机叶片的耐热涂层以及喷气发动机燃烧室加力筒和火焰筒热障涂层的粘接过渡层。(3)钴铬钨合金粉末，其涂层有突出的耐气蚀、耐擦伤和抗剥落性能，且具有良好的抗冲击和耐震动性能及抗粘着磨损和磨粒磨损性，高温性能好，并耐氧化，是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金粉末，主要适用于擦伤、剥落和磨损的工作环境，用于高温下工作的心轴、锻造工具、热轧辊、涡轮机密封件和密封阀、内燃机排气阀及阀座等的喷焊或喷涂。

目前我国低氧含量、细粒度的钴基合金粉末主要依赖进口，且主要应用在航天、航空等高端市场。细粒度钴基合金粉制备需采取惰气雾化工艺，主要分为大气雾化和真空雾化两种。目前大气雾化制备的粉末氧含量较高，为了降低氧含量往往在熔炼阶段添加了大量的脱氧剂和造渣剂，这无疑又给合金粉末带来较高的杂质含量，导致雾化过程中粉末的球形度差，具体表现在合金粉末的松比和流动性不好，喷涂中上粉率低，涂层的致密度和结合强度降低，而采用真空感应熔炼惰气雾化工艺制备的钴基合金粉末纯度高，合金成分容易控制，氧含量及杂质含量低，是制备低氧含量细粒度钴基合金粉末的主要制备工艺。

与国外产品相比国产的钴基合金粉主要存在以下不足和差距：①合金成分控制不稳定，细粉氧含量高，目前国内研制的钴基粉末-45μm的氧含量一般都在500ppm以上，氧含量明显高于国外相同的粉末(国外氧含量230-400ppm)，造成喷涂涂层中的氧化物夹杂增多，涂层的致密度和结合强度降低，限制了粉末的应用范围，航空发动机应用的钴基粉末长期依赖进口。②国产钴基合金粉末-45μm的粉末收得率低(＜30％)。为提高我国钴基粉末的生产技术水平，满足航空发动机等工业对高性能粉末的需求，替代进口，促进热喷涂耐高温涂层的应用，有必要开展国产钴基合金粉末及涂层的研制工作，缩小与国外在该领域的差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种细粒径钴基合金粉末的制备方法，解决了目前钴基合金粉末的细粉氧含量高、松比和流动性不好、喷涂中上粉率低、涂层的致密度和结合强度低等问题，提高了钴基合金粉末产品的质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种细粒径钴基合金粉末的制备方法，所述制备方法包括：

1)取目标成分的金属材料或含相应钴含量的合金材料；

2)将所选原料放入坩埚中，通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得钴基合金粉末；

3)进行筛分或分级，制备出粉末粒度在1-45μm范围内的钴基合金粉末。

所述惰性气体雾化的工艺参数为：

雾化气体为氮气或氩气，雾化顶角＜28°雾化压力＞3MPa。

所述钴基合金粉末成分的质量百分比为：

a)铬：10.0-40.0wt％，镍：1-12wt％，钨：2-10wt％，碳：0.20-1.5wt％，钴：余量；

或，b)铬：4～20wt％，钼：20～30wt％，硅：2～8wt％，钴：余量。

所述钴基合金粉末的主体粒度为1-45μm。

其典型成分为CoCrW合金粉末，1-45μm范围内一次成粉率≥55％，其中1-25μm范围粉末占15％-20％，25-45μm范围粉末占35％-40％。

所述钴基合金粉末的氧含量≤0.02wt％

所述制备方法还包括：

利用所制得的钴基合金粉末采用超音速喷涂工艺来制作钴铬钨涂层，所制备的钴铬钨涂层的工艺参数为：