[发明专利]一种大气氛围下金属合金涂层的制备方法和系统

说明书

本发明提供了一种大气氛围下金属合金涂层的制备方法和系统，具体为将金属合金粉末送入高温等离子射流中，然后将在大气氛围下将高温等离子射流喷向经过预处理的基体的表面。由于当将该含钼壳体包覆的含X元素合金粉末粒子送进等离子喷涂用的高温等离子射流中加热时，紧密均匀包覆的含钼壳层将使得整个粒子可加热到钼熔点以上的高温；且钼和X的氧化能够保护内部金属元素避免氧化，当该沉积层沉积在铁基或镍基合金表面时，因碰撞熔化而形成冶金结合，大幅度提高沉积层与基体的结合强度。从而解决了在大气氛围下制备的金属合金涂层的性能较差的问题。

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别是涉及一种大气氛围下金属合金涂层的制备方法和系统。

背景技术

等离子喷涂是通过制备金属或非金属沉积层、提高金属材料服役性能的重要方法，也可以用作增材制造与再制造方法。制备沉积层时一般是将粉末颗粒原料送进等离子射流，等离子射流被加速的同时将粉末颗粒原料加热至熔融或接近熔融的状态，依次碰撞在基体表面堆积而形成沉积层。所形成的沉积层由源于熔融或半熔态的粒子变形形成的圆盘状或近圆盘状的粒子堆积而成，具有层状结构特征，同时因碰撞后铺展熔体不能填充基体的粗糙表面下凹结构形成一定含量的孔隙。

沉积层内的粒子层之间的界面结合状态决定着其各种性能。有研究表明，热喷涂陶瓷涂层的粒子层间结合率非常有限，通常小于32％，金属沉积层的粒子层间结合则小于40％，而沉积层的各种力学性能(如弹性模量、断裂韧性、冲蚀磨损率)、电导率、热导率等由于受此影响，只能达到同类材料经烧结或铸造成的块体性能的5～40％。

当等离子喷涂在大气气氛中进行时，大气成分将不可避免地卷入等离子射流中，有研究表明，在离开等离子喷枪喷嘴出口的距离达到50mm以上时，空气成分在等离子射流中占比达到90％以上。空气的卷入使得高温等离子射流具有显著的氧化性，因此，在大气氛中喷涂沉积金属合金时，加热至熔融状态的高温合金粒子不可避免发生氧化，而氧化物沉积夹杂在涂层时，又阻止金属合金之间的直接接触与结合的形成，增加弱结合或不结合的粒子界面，由此进一步削弱了涂层整体的性能。

当含有较多氧化物的粒子层间呈现有限结合的这类沉积层在冲击、冲蚀、空蚀、微动磨损环境下，或在高应力磨料磨损服役环境下，因粒子层间没有形成结合的界面以微裂纹缺陷的形式存在于沉积层中，在上述载荷作用下，不仅削弱了承载能力，而且表现为预先存在的微裂纹，在各类载荷，特别是交替动载荷下，不断扩展使得通过粒子脱落的形式加速发生磨损。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大气氛围下金属合金涂层的制备方法和系统，以解决在大气氛围下制备的金属合金涂层的性能较差的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种大气氛围下金属合金涂层的制备方法，包括步骤：

对待喷涂的基体的表面进行除锈、除污、除油和喷砂粗糙化操作；

将金属合金粉末送入高温等离子射流，以使所述金属合金粉末在高温等离子射流的作用下进入熔融状态，所述金属合金粉末由金属合金粒子构成，所述金属合金粒子的外部包覆有含钼的壳层，所述金属合金粉末中包含预设含量的X元素粉末，所述X元素的还原性强于所述金属合金粉末中其他成分的还原性，且所述X元素的氧化物在所述高温等离子射流中为汽化状态；

在大气氛围下，将携带有熔融状态的所述金属合金粉末的高温等离子射流喷向所述基体的表面，所述高温等离子射流经预设飞行距离后到达所述基体的表面。

可选的，所述壳层的钼质量含量为5～35％。

可选的，所述钼壳层的厚度为0.5～7μm。

可选的，所述X元素为硼元素。

可选的，所述金属合金粉末为镍基合金粉末、铁基合金粉末或钴基合金粉末。

可选的，所述硼元素在所述金属合金粉末中的质量百分比为0.5％～3.4％。