专利名称：一种铝基粉芯线材的制作方法
技术领域：
属于表面工程热喷涂领域，该发明主要应用于高温及腐蚀性工作环境下。
背景技术：
因腐蚀而导致损坏是现代工业极重要的破坏因素之一。世界腐蚀调查报告显示，国民经济为腐蚀付出了巨额的代价，其数值可占各国GNP的1％-5％，全球每年因腐蚀造成的经济损失约为7000亿美元。据此调查报告美、英等国腐蚀的直接经济损失分别占GNP的4.2％和3.5％。我国1995年腐蚀经济损失高达1500亿元人民币，约占当年国民生产总值的4％，而1998年仅化工行业因腐蚀造成的损失就达400亿。
随着工业的发展，高参数条件下的强化生产工艺被广泛地采用。在这些工艺中，普遍涉及高温、高压、强腐蚀性介质等高参数条件下的强化操作，对材料防护的要求也越来越高。高温腐蚀与防护主要涉及高温氧化、热腐蚀、强腐蚀性气体腐蚀及相应防护，遍及电力、机械、石油化工等重要行业。这些行业的高温腐蚀与防护问题急需解决，这也是一个极大的市场。
含铝金属间化合物(如Ni-Al、Ti-Al及Fe-Al金属间化合物)具有优良的抗氧化和抗硫化性能、多种介质中的抗腐蚀性能、较低的密度，是一种潜在的理想高温结构材料。但是由于韧性差，加工成型困难，工业应用相当困难。近年来，人们尝试着采用热喷涂的方法将这种材料制作成涂层的方式加以应用。国外已经采用等离子喷涂和高速火焰喷涂的方法制备出了Al-Fe，Al-Ti及Al-Ni以及它们混合的涂层，其具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能。但是由于等离子喷涂和高速火焰喷涂成本高，生产效率低，并且难以现场施工，大范围工业应用受到限制。国内一些研究机构采用电弧喷涂铁基粉芯线材(钢带包裹铝粉制成)的方法制备Fe-Al涂层，但是由于采用的是铁基丝材，铝粉密度小，其加入量受到限制(配方中最高铝含量仅为20％左右)，生成的金属间化合物较少，涂层性能不很理想。
发明内容
本发明提供了一种铝基粉芯线材，采用该铝基粉芯线材制备的铝基涂层的抗氧化、耐腐蚀性能明显优于采用铁基粉芯线材制备的铁基铁铝涂层。
本发明提供的铝基粉芯线材，其特征在于，以铝带作为粉芯丝材外皮，粉芯中加入了Fe、Ni、Ti金属粉，其重量百分数为40-60％Al，其余为Fe、Ni、Ti金属粉的一种或者它们的任意组合。
上述的铝基粉芯线材，其特征在于，粉芯中还加入了重量百分数为0-5％B和0-3％稀土(RE)。
加入B和RE能进一步提高铝基粉芯线材制备的铝基涂层的抗氧化、耐腐蚀性能。
采用铝基粉芯线材和高速电弧喷涂的方法制备的铝基涂层中含有较多的金属间化合物，可以充分地发挥金属间化合物所具有的抗氧化、抗硫化性能以及在多种介质中耐腐蚀的优良性能。氧化、腐蚀试验研究表明采用铝基粉芯线材制备的铝基涂层的抗氧化、耐腐蚀性能明显优于采用铁基粉芯线材制备的铁基铁铝涂层，可与目前公认的抗氧化、耐腐蚀性能良好的45CT涂层相媲美。为石油化工、能源、机械、航天航空等行业中腐蚀和防护问题的解决，提供了一条行之有效的措施，应用前景十分广泛。
图1为铝基粉芯线材的制备工艺示意图。
图2为铝基粉芯丝材高速电弧喷涂现场照片。
图3为650℃时涂层氧化动力学曲线。
图4为650℃时涂层涂盐腐蚀动力学曲线。
图5为600℃时硫化氢腐蚀动力学曲线。
具体实施例方式
1.铝基粉芯线材的制备选用10×0.6(宽度为10mm，厚度为0.6mm)的铝带。先将其轧制为U形，取Fe、Ni、Ti及B、RE定量混合均匀，然后将混合粉加入到U形Al带槽内，填充率为40-60％，将U形槽合口，使混合粉包裹其中。最后经过拉丝模逐级减径，直到所需直径，制备工艺示意图见附图12.铝基涂层的制备采用高速电弧喷涂的方法制备铝基涂层，喷涂工艺参数为喷涂电流100-120A，喷涂电压32-36V，喷涂气体压力0.5-0.7MPa，喷涂距离150-180mm。附图2为铝基粉芯丝材高速电弧喷涂现场照片，由图2来看，所制备的铝基粉芯线材可以非常顺畅的喷涂，喷涂性能满足要求。
实施例1采用上述铝基粉芯丝材制备方式制备本实施例铝基粉芯丝材，其成分组成如附表1中配方1所示。
实施例2采用上述铝基粉芯丝材制备方式制备本实施例铝基粉芯丝材，其成分组成如附表1中配方2所示。
实施例3采用上述铝基粉芯丝材制备方式制备本实施例铝基粉芯丝材，其成分组成如附表1中配方3所示。
实施例4采用上述铝基粉芯丝材制备方式制备本实施例铝基粉芯丝材，其成分组成如附表1中配方4所示。
实施例5采用上述铝基粉芯丝材制备方式制备本实施例铝基粉芯丝材，其成分组成如附表1中配方5所示。
3.抗氧化、耐腐蚀性能测试(1)抗氧化性能氧化试验是在650℃，采用间歇称重法进行的，即每隔10h取出试样，冷却至室温称重一次，至150h。对比涂层为铁基铁铝涂层和45CT涂层。单位面积氧化增重量如表2所示，由附表2作氧化动力学曲线图为附图3。由附图3可以看出铁基铁铝涂层氧化动力学曲线近似为直线，而铝基涂层和45CT涂层氧化动力学曲线近似为对数函数。铝基涂层氧化动力学曲线处于图中最低位置，也就是说氧化增重最低，抗氧化性能优于45CT涂层。(说明附表2中铝基涂层1对应实施例1，铝基土层2对影实施例2。以下附表3和附表4相同。)(2)涂盐腐蚀性能涂盐腐蚀试验采用摩尔比为7∶3的Na2SO4和K2SO4饱和溶液刷涂于未封孔试件表面上，刷涂盐膜量达2.0-3.0mg/cm2，每隔50h涂盐一次。腐蚀温度为650℃，采用间歇称量法，每隔10h取出试样称量一次，至总腐蚀时间达150h。对比涂层为铁基铁铝涂层和45CT涂层。单位面积腐蚀增重量如附表3所示，由表3作涂盐腐蚀动力学曲线图为附图4。由附图4可以看出铁基铁铝涂层涂盐腐蚀动力学曲线近似为抛物线，而铝基涂层和45CT涂层氧化动力学曲线近似为对数函数。铝基涂层涂盐腐蚀动力学曲线处于图中最低位置，也就是说腐蚀增重最低，具有优异的耐涂盐腐蚀性能。
(3)硫化腐蚀性能硫化腐蚀气体为10％H2S+Ar的混合气体，气流量控制在20mL/min，试验温度为600℃。每隔12h取出测量称重一次，总腐蚀时间为60h。其中对照样为A304不锈钢(其表面没有施加涂层)和铁基铁铝涂层。单位面积腐蚀增重量如附表4所示，由附表4作硫化腐蚀动力学曲线图为附图5。由附图5看，不锈钢A304的硫化腐蚀动力学曲线呈二次函数增长，经12h硫化腐蚀，腐蚀产物完全从基体上剥落下来，不具有保护作用。铁基铁铝涂层和铝基涂层的硫化腐蚀动力学曲线均为对数函数，均对基材具有一定的保护作用。其中铝基涂层硫化腐蚀增重最低，抗硫化腐蚀性能最好。
综上所述，本发明的铝基粉芯丝材制备方法简便，通过电弧喷涂制备的铝基金属间化合物涂层，具有优良的抗氧化、耐腐蚀性能。
附表1 实施例配方
附表2 单位面积氧化增重量(mg/cm2)
附表3 单位面积涂盐腐蚀增重量(mg/cm2)
附表4 单位面积硫化腐蚀增重量(mg/cm2)
权利要求
1.一种铝基粉芯线材，其特征在于，以铝带作为粉芯丝材外皮，粉芯中加入了Fe、Ni、Ti金属粉，其重量百分数为40-60％Al，其余为Fe、Ni、Ti金属粉的一种或者它们的任意组合。
2.根据权利要求1所述的铝基粉芯线材，其特征在于，粉芯中还加入了重量百分数为0-5％B和0-3％稀土。
全文摘要
一种铝基粉芯线材属于表面工程热喷涂领域，主要应用于高温及腐蚀性工作环境下。提供的铝基粉芯线材，其特征在于，以铝带作为粉芯丝材外皮，粉芯中加入了Fe、Ni、Ti金属粉，其重量百分数为40－60％Al，其余为Fe、Ni、Ti金属粉的一种或者它们的任意组合。上述的铝基粉芯线材，粉芯中还加入了重量百分数为0－5％B和0－3％稀土(RE)。氧化、腐蚀试验研究表明采用铝基粉芯线材制备的铝基涂层的抗氧化、耐腐蚀性能明显优于采用铁基粉芯线材制备的铁基铁铝涂层，可与目前公认的抗氧化、耐腐蚀性能良好的45CT涂层相媲美。为石油化工、能源、机械、航天航空等行业中腐蚀和防护问题的解决，提供了一条行之有效的措施，应用前景十分广泛。
文档编号C23C4/06GK1702189SQ200510082679
公开日2005年11月30日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者魏琪, 齐鑫哲, 栗卓新, 蒋旻, 崔丽, 赵雁潮, 李国栋 申请人:北京工业大学