[发明专利]一种冷喷涂用铁基合金粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种冷喷涂用铁基合金粉末，由以下质量百分数的成分组成：Mn 13％～15％，Ni或Co 3％～5％，V 2％～3％，C 1.3％～1.5％，B 1％～2％，Si 0.5％～1％，稀土氧化物0.5％～1％，余量为Fe，其中Mn和C的质量比为10:1。本发明公开了一种铁基合金粉末的制备方法，将原料熔炼后依次进行除渣、精炼、均匀化、雾化、干燥和过筛，经固溶和还原得到铁基合金粉末。本发明还公开了一种铁基合金粉末的应用。本发明控制铁基合金粉末中的Mn和C的质量比，使其具备形变硬化性能。本发明的方法通过固溶处理提高了铁基合金粉末的沉积性能。本发明的铁基合金粉末涂层硬度高，磨损慢，使用期限长。

技术领域

本发明属于合金材料技术与表面改性技术领域，具体涉及一种冷喷涂用铁基合金粉末及其制备方法和应用。

背景技术

冷喷涂技术是一种以预热压缩气体(氮气、氦气、空气或混合气体)为加速介质，带动金属颗粒在固态下以极高的速度撞击基体，通过颗粒发生强烈塑性变形的方式沉积形成涂层的低温喷涂技术。冷喷涂与热喷涂最大的区别在于颗粒加热程度不同导致其撞击工具表面之前的状态不同。传统热喷涂技术的三大热源温度分别为：燃烧火焰(温度均高于2000℃)、电弧(温度达到5000℃以上)、等离子体(温度更是高达16000℃)，因此热喷涂的颗粒在沉积过程中熔化，并伴随熔滴的撞击、焊合、冷却、凝固、相变等冶金过程，而冷喷涂的颗粒在沉积过程中不发生熔化，固体颗粒在极高的应变和应变速率条件下，发生绝热剪切失稳，从而引起塑性流变并形成机械咬合。

冷喷涂颗粒沉积过程中存在一个临界沉积速度，只有当颗粒的飞行速度超过该临界沉积速度，颗粒对基体的冲蚀作用才能转化为穿孔效应从而沉积形成涂层。通常颗粒的硬度越高，其临界沉积速度就越高，即粉末颗粒硬度越高越难沉积，因此高硬度合金不易利用冷喷涂技术有效沉积涂层；低硬度纯金属或合金可以利用冷喷涂技术制备涂层，但涂层的耐磨性能往往达不到使用要求。由于冷喷涂技术依靠高压气流使颗粒的飞行速度超过临界沉积速度来获得涂层，所以提高颗粒的飞行速度是制备高性能涂层的关键。颗粒的飞行速度主要与载气及载气预热温度有关。常用载气中氦气的加速效果最优，但成本过高；氮气最经济，但加速效果差。载气预热温度主要为了增强气体分子在喷嘴收缩段的膨胀效果，从而使气流在扩张段达到最大的流速，但是载气预热温度的提高受到沉积材料、设备的限制，而且无论如何升级设备，改进喷嘴结构，优化工艺参数，采用单一的冷喷涂技术依然无法沉积制备高硬度(硬度HV≥300)的合金材料涂层，大大制约了喷涂技术的推广。

目前主要通过调整冷喷涂的工艺参数，如载气预热温度和载气压力来改善高硬度的合金材料涂层的沉积效果。授权公告号为CN104325148 B的发明专利公开了一种冷喷涂用低阻力球形金属粉末的制备方法及球形金属粉末，该专利将制备得到的球形粉末高速反复撞击在带有相应规格表面凸起的基体上，使金属粉末表面形成凹坑，通过改善粉末表面形貌抑制流动分离的发生，提高粉末在喷涂过程中的飞行速率，达到提高涂层致密度的效果，但该专利的方法繁琐冗长，适用范围有限，且并未从根本上通过改变冷喷涂粉末的硬度去改善喷涂的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种冷喷涂用铁基合金粉末。该铁基合金粉末成分中添加有Mn和C，通过控制Mn和C的质量比为10:1，使铁基合金粉末形成低硬度的单一的奥氏体组织，从而使其具备了显著的形变硬化效应，提高了其在沉积过程中的形变能力，使铁基合金粉末在冷喷涂过程中容易获得更高的硬度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种冷喷涂用铁基合金粉末，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：Mn 13％～15％，Ni或Co 3％～5％，V 2％～3％，C 1.3％～1.5％，B 1％～2％，Si 0.5％～1％，稀土氧化物0.5％～1％，余量为Fe，其中Mn和C的质量比为10:1。