[发明专利]一种金属合金粉末表面气相包覆Mo的方法与系统

说明书

本发明提供了一种金属合金粉末表面气相包覆Mo的方法与系统，涉及金属粉末材料加工技术与表面工程技术领域，该方法包括：对MoOsubgt;3/subgt;粉末进行加热，以使MoOsubgt;3/subgt;粉末升华获得气态MoOsubgt;3/subgt;；再将气态MoOsubgt;3/subgt;在还原气氛中通过气相沉积包覆在内芯合金粉末表面，得到具有Mo包覆层的复合结构金属合金粉末；其中，内芯合金粉末的熔点低于Mo。如此，本发明能够对不同硬度的金属材料实现均匀包覆且对环境友好，制备包覆均匀结构致密的包覆粉末，以解决低熔点合金粒子在等离子射流的表面元素蒸发问题，进而提升合金熔滴温度产生冶金结合从而制备性能优异的等离子喷涂涂层。

技术领域

本发明涉及金属粉末材料加工技术与表面工程技术领域，具体涉及一种金属合金粉末表面气相包覆Mo的方法与系统。

背景技术

等离子喷涂是热喷涂技术的一种，其生产效率高，制备的涂层质量好，可选材料范围广，成本低，因此广泛应用于制备耐磨损、耐高温、耐腐蚀涂层，是提升金属材料服役性能的重要方法，也可以用于修复再制造与增材制造。制备涂层时将粉末颗粒原料送入高温高速的等离子射流中迅速加热和加速，形成熔融或半熔融的粒子后撞击到基材表面，铺展凝固后堆积形成沉积层。涂层的形成过程决定了涂层具有层状结构，加上熔融粒子在基体或已形成的涂层表面的不完全填充、未完全熔化粒子不充分扁平化，因此传统等离子喷涂涂层中不可避免存在着一定含量的孔隙。

涂层内的粒子间结合状态极大地影响着涂层的各种性能。研究表明，热喷涂制备的较高熔点陶瓷的涂层的粒子层间结合比率十分有限，最大不超过1/3，金属涂层的粒子层间结合率也不超过40％。而这不仅会影响涂层的力学性能(如弹性模量、断裂韧性)，还会影响涂层的耐腐蚀性能、耐磨损性能、电导率、热导率等，这一特征使得等离子喷涂制备的涂层的各项性能指标均远低于同类块材。

涂层内的界面结合状态受熔融粒子的速度、界面的温度、粒子氧化状态的影响。在常规喷涂条件下可以通过改变喷枪类型、控制喷涂气氛、优化喷涂工艺参数等方式一定程度上改善涂层界面间结合，但并不能有效地大幅提高涂层间界面结合、降低孔隙率进而制备组织结构致密而性能优异的金属合金涂层。有研究表明，对于陶瓷涂层可以通过提高沉积温度改善涂层层间结合，使表观结合率提高，但是对于金属涂层来说，提高沉积温度会使基体表面或已沉积的涂层粒子表面氧化膜增厚，阻碍界面间有效的冶金结合。因此对于金属合金涂层来说，提高沉积温度并不是一种提高涂层界面间结合的有效方法。

研究表明，碰撞熔滴温度是影响界面结合的关键因素，可以通过提高碰撞熔滴温度促进界面间结合。但是低熔点合金粒子在等离子射流时的表面元素蒸发是限制合金熔滴温度大幅提升的主要原因。元素蒸发会减少由周围等离子射流向粒子的对流传热，同时由于蒸发吸热还会使等离子射流传递给粒子的热量被消耗，进而阻碍粒子温度的大幅提升。

发明内容

本发明实施例提供一种金属合金粉末表面气相包覆Mo的方法与系统，能够对不同硬度的金属材料实现均匀包覆且对环境友好，制备包覆均匀结构致密的包覆粉末，以解决低熔点合金粒子在等离子射流的表面元素蒸发问题，进而提升合金熔滴温度产生冶金结合从而制备性能优异的等离子喷涂涂层。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种金属合金粉末表面气相包覆Mo的方法，该方法包括：

对MoO₃粉末进行加热，以使所述MoO₃粉末升华获得气态MoO₃；

将所述气态MoO₃在还原气氛中通过气相沉积包覆在内芯合金粉末表面，得到具有Mo包覆层的复合结构金属合金粉末；其中，所述内芯合金粉末的熔点低于Mo。

基于同一发明构思，本发明实施例还公开了一种金属合金粉末表面气相包覆Mo的系统，该系统用于实现本发明实施例所述的金属合金粉末表面气相包覆Mo的方法，该系统包括：蒸发子系统、反应子系统、压力与气体流量控制子系统以及支撑与旋转控制子系统，其中：