[发明专利]一种复合热喷涂粉末及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉体加工和金属涂层材料技术领域，尤其涉及一种复合热喷涂粉末及制备方法。

背景技术

现代工业零部件的失效往往发生在零部件的使用表面，因此，采用先进的表面处理技术(如热喷涂)在零部件表面制备关键涂层或对失效表面进行涂层修复，将在很大程度上满足零部件对不同工况的使用要求，提高零部件的使用寿命。但随着现代制造业的进一步发展，工业零部件的应用工况也日益苛刻，采用单一结构的金属或合金材料所制备的涂层已很难满足日益复杂的耐磨耐蚀需求。采用陶瓷相对金属相进行强化的陶瓷-金属复合材料因同时复合了陶瓷相高硬度、高熔点、抗腐蚀的和金属相高韧性、易加工的的特点，因此被广泛应用于汽车(如活塞环)、航空航天(如飞机起落架)、冶金(如沉没辊)和造纸(如瓦楞辊)等对表面耐磨耐蚀有较高要求的工业或民用构件中。常用的陶瓷增强金属复合材料有WC-Co，Cr₃C₂-NiCr等，但由于WC类陶瓷在550℃以上工况条件会氧化分解，无法用于中高温场合，而Cr₃C₂虽然在800℃以下能够保持性能稳定，但金属相NiCr的性能却会随着温度升高而明显下降。因此，针对目前部分零部件，如大型重载船用柴油发动机的曲轴、排气阀、活塞环等在中高温条件下对耐磨耐蚀性能的需求，亟需制备出一种新型的金属-陶瓷复合材料及相应涂层来满足其使用要求，提高其使用寿命。

现有技术在制备陶瓷增强金属复合涂层所采用的复合粉末中，陶瓷相往往采用外添加方式加入，一般直接将陶瓷颗粒和金属颗粒混合或将两者混合后进行团聚烧结，这类陶瓷相外添加的复合粉末成分不均匀，陶瓷相和金属相之间的结合较差，陶瓷相容易在喷涂过程中飞散或降解，造成喷涂沉积率低、涂层性能差等问题。并且，由于外添加的陶瓷相往往采用具有多边棱角的陶瓷颗粒，沉积到涂层中在后续磨损过程中往往容易造成对磨材料的过度磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合热喷涂粉末及制备方法，该粉末球形度高、成分均匀、氧含量低，制备流程可控，粉末中碳化铬含量高，且以原位自生方式呈长条状析出。

一种复合热喷涂粉末，所述粉末中所包含的主要成分为：

2～7wt.％的铝Al、40～75wt.％的铬Cr、0.1～0.3wt.％的硼B、3～8wt.％的碳C、余量为镍Ni；

且所述粉末的粒度为：5～125μm，主体粒度为15～75μm；所述主体粒度指该粒度范围内粉末占60％以上。

一种复合热喷涂粉末的制备方法，所述制备方法包括：

首先按设定的质量比提取原料；其中，所提取的原料中包含：2～7wt.％的铝Al、40～75wt.％的铬Cr、0.1～0.3wt.％的硼B、3～8wt.％的碳C、余量为镍Ni；

将所提取的原料放入真空熔炼坩埚中，采用真空感应熔炼-惰性气体雾化的方式获得碳化铬原位自生增强的Ni₃Al基合金粉末；

对所得到的合金粉末进行震动筛分或气流分级处理，制备得到碳化铬原位自生增强Ni₃Al基合金的热喷涂粉末。

所获得的原位自生碳化铬的含量为35～85vol.％；

且结构为Cr₇C₃、Cr₃C₂、Cr₂₃C₆中的一种或几种复合而成，形状为长条状。

所述原料中的硼为镍硼合金、铬硼合金或两者的混合物；且合金中硼的含量为18～21wt.％。

所述真空感应熔炼-惰性气体雾化的方式具体为：

首先利用中频感应炉对原料进行加热精炼，炉内真空度≤10Pa，升温速率为5～20℃/min，待升温至1360℃后将升温速率降至5～10℃/min，并持续加热至1600℃～1700℃，随后进行保温处理，保温时间为30～90min，在保温过程中同时进行电磁搅拌，电磁搅拌器频率3000～5000Hz，待原料合金液均匀后经中间包和漏嘴进入雾化罐中；

然后采用惰性气体雾化的方式使合金液雾化凝固，同时使碳化铬原位自生析出，获得碳化铬原位自生增强的N_i3Al基合金粉末。

所述漏嘴的直径为2～8mm，所采用的惰性雾化气体为氩气或氮气；

雾化喷嘴选用收放型环缝喷嘴，雾化锥角为40～80°，雾化压力为2.5～5MPa。

所述方法还包括：