一种多组元热喷涂柔性线材及其制备方法

专利名称：一种多组元热喷涂柔性线材及其制备方法
一种多组元热喷涂柔性线材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及热喷涂材料领域，特别是一种多组元热喷涂柔性线材及其制备方法。背景技术：
目前许多设备的制造、再制造，零件表面改性，可以采用热喷涂方法完成。喷涂 材料大多是以粉末为主。为满足对材料多功能、高性能要求，简单组分的粉末涂层材 料己很难满足目前日益提高的性能的要求，复合涂层不仅具有简单组分涂层的性能， 还因复合涂层材料的不同而获得特殊性能或具有高性能的涂层，但是加入的组分复杂， 性能各异，很难制成分均匀、粒度范围合适的粉末。
为解决这一问题，把热喷涂材料制备成特殊形态，有丝材、粉芯丝材、棒材等成 为重要课题。
热喷涂线材包括合金丝材、粉芯管状丝材和柔性线材。现有技术中有一种电弧喷 涂用线材，为纯金属或合金丝，Zn丝或Al丝，用于连续喷涂，成本低，易保存。其喷 涂防腐涂层结合强度高，耐蚀性优良。但是涂层不均匀，很多特别硬的高耐磨涂层材 料通常不能轧拔成丝材，限制了喷涂材料的选择范围(肖文功"线材电弧热喷涂技术 在浅海钢结构防腐中的应用"石油工程建设，vo130， No3， 33~34， 2004)。另一种粉 芯丝材又称管状丝材，如同药芯焊丝，由金属外皮和粉芯构成。
粉芯的主要化学成分为A1、 Cr、 Fe、 C等元素，表皮为低碳钢带(刘艳杰，李义 波.粉芯柔性电弧丝材的研制.煤矿机械，vo128， No2， 113-115， 2007.)。
粉芯主要为Cr、 Ni、 Fe和稀土元素，外皮材料为HPHC冷轧钢带。涂层具有较高 结合强度和耐腐蚀性能，较低孔隙率。(贺定勇，阎玉琴，蒋建敏，熊第京.含稀土元 素的奥氏体不锈钢型耐腐蚀热喷涂粉芯丝材的研究.北京工业大学学报，vo124， No3， 71~74， 1998.)
公开号CN1641060，申请号200510042320.4的电弧喷涂用的金属间化合物分析丝 材的制备方法的专利中，公开了一种将粒度为38 44pm、纯度299.5%的铝粉和将粒 度为61 53pm、纯度^99.5%的铁(镍)粉按照原子个数比为1 : l的比例混合，制成 Fe(Ni)-Al系金属间化合物粉芯丝材。使用该粉芯丝材，涂层性能好，性价比高，使用 温度范围广，工艺过程简单，能耗低。
公开号CN1702189，申请号200510082679.4的铝基粉芯线材专利。提供的铝基粉 芯线材，以铝带作为粉芯丝材外皮，粉芯中加入了Fe、 Ni、 Ti金属粉及B和稀土(RE)。 该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。
公开号CN1775996，申请号200510127967.7的镍基耐蚀电弧喷涂粉芯丝材专利， 其药芯含有金属镍，金属铬，金属钼，硼和铝。该镍基电弧喷涂粉芯丝材的涂层耐高 温氧化性能、耐氯离子性能均好于高镍铬合金实心丝材PS45和Q235低碳钢。
公开号CN1880498，申请号200510013850.6的制备防滑防腐涂层用的粉芯丝材专 利，粉芯丝材由粉芯和外皮组成，粉芯由铝粉、氧化铬粉和混合稀土粉末组成，外皮 为纯度大于99.9%的铝带，粉芯填充率为24 26%。该防滑防腐涂层可以显著提高钢 结构在海洋气候环境下的防滑防腐寿命。
然而无论是金属合金线材还是粉芯丝材，都有其局限性。金属线材受到材料选择 的限制。而粉芯丝材材料尽管拓宽了电弧喷涂材料的应用领域和克服了高合金成分带 来的难以拔丝的困难，也使一些不导电的材料在电弧喷涂上得以应用，促进了电弧喷 涂在耐磨抗蚀领域的应用。但是其制作工艺复杂，包括配粉、混粉、轧丝、拔丝、绕 丝、包装等工序，并且制备的丝材长度一定，不能进行连续喷涂。
此外，公开号CN1775995，申请号200510047857.X的火焰喷涂用柔性线材及制备
方法专利，公开的这种柔性线材由有机成型剂、金属组分及陶瓷组分组成。柔性线材 的制备是，按照配比投入上述各组分，先进行金属组分与陶瓷组分的预混，再用有机 成型剂硅橡胶，在室温下加压即可固化；混合料放入模具中，控制挤压设备的压制 速度，均匀压出和缠绕。最后进行适当的硫化和干燥。这种柔性线材具有防腐、耐磨、 减磨、抗高温、抗氧化、隔热等性能。但是在成形的关键过程中没有加入助剂，难以 控制柔性线材的直径均匀性，从而影响喷涂过程的连续进行。

发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种多组元热喷涂柔性线材及 其制备方法，该方法通过控制线材中Ni、 Al、 Cr、 W、 Co、 Mo、 Ti、 Cu、 C、 BN和氧化 物含量，发挥各种组元在涂层中的作用，以金属单质、合金、化合物、氧化物或这几 种材料的组合为原料，采用机械球磨、室温混胶粘结、速度可调液压机挤压制备多组 元热喷涂柔性线材。
本发明为解决上述问题设计了一种多组元热喷涂柔性线材。所述线材含有Ni、 Al、 Cr、 W、 Co、 Mo、 Ti、 Cu、 C、 BN，以及粘结剂，其中所述粘结剂为原料重量 的8.0-15.0%;所述原料中按重量Al， 0~25.0%; Cr， 0 5.0%; W， 0~3.0%; Co， 0~5.0%; Mo， 0 5.0%; Ti， 0~2.0%; Cu， 0 20%; BN， 0 10.0%; C， 3.0 23.0%; Ni为其余。
本发明还公开了多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述方法包括
室温下将原料投入，进行机械球磨混合，再加入为原料重量8. 0-15. 0%的粘结剂室温混 胶，再在液压机中挤压成形，烘干得到最终产品柔性线材。
本发明的有益效果是本发明采用Ni、 Al、 Cr、 W、 Co、 Mo、 Ti、 Cu、 C的单质 或合金或化合物、BN和以及一种或多种氧化物为原料，采用机械球磨、室温混胶粘结、 速度可调液压机挤压制备多组元热喷涂柔性线材。其原料来源广，不需要特殊的原料 和设备，生产工艺流程短，操作条件简单，生产过程易于控制。通过控制线材中各种 组元的成分，使涂层具有与基体结合强度好、良好的可磨耗性能、优异的抗热震性能、 可磨耗性能和盐雾腐蚀性能，且线材的热喷涂工艺适应性好，可以进行连续喷涂，保 证涂层的连续性和成分均匀性，既可以作为工作面层也可以作为热喷涂底层使用。可 应用包括航空航天、船舶、燃气轮机、矿山、冶金、农用机械、建筑、铁路、车辆、 石油、化工设备等制造和维修。


图l为多组元热喷涂柔性线材的加工过程流程图。 以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式

本发明多组元热喷涂柔性线材中含有Ni、 Al、 Cr、 W、 Co、 Mo、 Ti、 Cu、 C、 BN 和氧化物，其中Al， 0~25.0%; Cr， 0~5.0%; W， 0~3.0%; Co， 0~5.0%; Mo， 0 5.0%; Ti， 0 2.0%; Cu， 0 20%; BN， 0 10.0%; C， 3.0 23.0%;主体为Ni。所
述粘结剂可以是有机物质如硅橡胶、丁钠胶或环氧树脂中的一种或两种及两种以 上的混合物。所述粘结剂中添加有为原料重量O. l-5。/。的Si氧化物或其盐类，还可添加 有固化剂，如TDEC、乙二胺、H4C1或尿素中的一种或两种及两种以上的组合。粘
结剂内也可添加有为原料重量0.1_0.4°/。助剂，助剂可以是硅烷、钛酸酯或铝酸酯中
的一种或两种及两种以上的组合。
多组元热喷涂柔性线材制备方法是在室温条件下将上述各种原料，可以是单质粉 末、合金粉末、或化合物粉末的其中之一或是几种形态材料的组合，进行球磨混和。
所述原料为一次性加入，或分多次，或连续加入。本发明的制备方法是采用室温混 胶粘结、速度可调液压机挤压工艺制备，粘结剂可以是有机物质，还有部分添加剂和 助剂混合。按比例机械球磨混合，在速度可调液压机上压制，干燥烘干得到最终产品。
本发明具体内容如下
1、以金属或合金或含有组元成分的化合物、非金属单质或氧化物为原料，进行筛
分，使原料粉末的粒度为一500+600目范围，粒度太细，喷涂过程中容易烧损导致涂
层成分达不到要求，粒度太粗，柔性线材成形效果差。机械球磨混合，加入粘结剂把 各种粉末粘结在一起，速度可调液压机慢速微调压制成形，然后烘干得到热喷涂柔性
线材。压制速度调节范围为0.1 10m/min，原料可以一次性加入，也可以分次或连 续加入。
2、 用上述发明内容l所述的内容和方法，原料可以是单质粉末或合金或化合物， 氧化物可以是一种或多种；也可以是这几种材料的组合。
3、 用上述发明内容l所述的内容和方法，粘结剂可以是有机物质，还有部分添加 剂和助剂混合。
实施例l
以Ni、 Al、 Cr、 W、 Co、 Mo、 Ti、 Cu、 C的单质为原料，各种成分为Al， 20%; Cr， 1.0%; W， 3.0%; Co， 0.1%; Mo， 2.0%; Ti， 1.5%, Cu， 5.0%; C， 5.0%， Ni,
余量，按照一定比例混合均匀，加入有机粘结剂如丁钠胶、固化剂和助剂，粘结剂的 比例为粉末的15.0%，在速度可调液压机上进行压制，压制速度为3m/min，压制过 程可以连续也可以间断进行，成形烘干。附图l为加工过程的流程图。
如果用硅橡胶、环氧树脂等其他有机物代替丁钠胶，可以取得同样效果。
实施例2
以Ni、 Al、 W合金粉末为原料按照一定比例，其中合金粉末成分为Al, 23.0%; W， 3.0%; Ni，余量。将上述各种原料混合，均匀后加入硅橡胶作为粘结剂、钛酸酯 作偶联剂和Si氧化物为补强剂，也可加入有机溶剂丙酮再进行混合(或同时进行搅拌 混合)，粘结剂比例为粉末的20.0%，所述比例均为重量比。
向上述材料中添加含Cr、 Mo、 Co、 Ti等元素的粉末，Cr， 0.1-5.0%; Co， 0.1~5.0%; Mo， 0.1 5.0%; Ti， 0.1~2.0%，不会改变材料的性能，可获得同样效果。
实施例3
以Ni、 Cu单质粉末或合金、C单质粉末Si氧化物或其它盐类、BN为原料，按照一 定比例机械球磨混合，其中C， 5.0~15.0%; Cu， 5争0 25%; BN， 10.0~16.0%; Si， 0.1~10.0%，主体Ni为。混和均匀后加入有机粘结剂，在速度可调液压机上进行压制， 成形后烘干，得到柔性线材。
火焰喷涂封严涂层，在一定的喷涂参数条件下，高温合金为基材，实验表明，涂 层的硬度为适中，涂层表面无裂纹产生，并且具有较好可磨耗性能、减摩和耐磨性能、 抗盐雾腐蚀性能，较高的抗拉伸强度。
权利要求
1、一种多组元热喷涂柔性线材，其特征在于所述线材含有Ni、Al、Cr、W、Co、Mo、Ti、Cu、C、BN，以及粘结剂，其中所述粘结剂为原料重量的8.0-15.0％；所述原料中按重量Al，0～25.0％；Cr，0～5.0％；W，0～3.0％；Co，0～5.0％；Mo，0～5.0％；Ti，0～2.0％；Cu，0～20％；BN，0～10.0％；C，3.0～23.0％；Ni为其余。
2、 根据权利要求l所述的多组元热喷涂柔性线材，其特征在于所述粘结剂是有机物质硅橡胶、丁钠胶或环氧树脂中的一种或两种及两种以上的混合物。
3、 根据权利要求1或2所述的多组元热喷涂柔性线材，其特征在于所述粘结剂中 添加有为原料重量O. 1-5。/。的Si氧化物或其盐类。
4、 一种权利要求l所述的多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述方 法包括室温下将原料投入，进行机械球磨混合，再加入为原料重量8. 0-15. 0%的粘结 剂室温混胶，再在液压机中挤压成形，烘干得到最终产品柔性线材。
5、 根据权利要求4所述的多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述原 料是单质粉末、合金或化合物，是其中之一或是几种形态材料的组合。
6、 根据权利要求4或5所述的多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述 原料为一次性加入，或分多次，或连续加入。
7、 根据权利要求4或5所述的多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述 粘结剂内添加有为原料重量O. 1-0. 4%的助剂。
8、 根据权利要求7所述的多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述助 剂是硅垸、钛酸酯或铝酸酯中的一种或两种及两种以上的组合。
9、 根据权利要求4所述的多组元热喷涂柔性线材的制备方法，其特征在于所述粘 结剂中还添加有固化剂TDEC、乙二胺、H4C1或尿素中的一种或两种及两种以上的组合。
全文摘要
本发明涉及一种多组元热喷涂柔性线材及其制备方法。通过机械球磨、混胶、慢速微调液压机挤压的方法，制备了喷涂工艺适应性好的热喷涂柔性线材。线材中含有Ni、Al、Cr、W、Co、Mo、Ti、Cu、C、BN和Si氧化物或其盐类，原料可以是单质粉末或合金或化合物，氧化物可以是一种或多种；也可以是这几种材料的组合。粘结剂可以是有机物质，还有部分添加剂和助剂混合。该线材制备的涂层具有与基体结合强度好、良好的可磨耗性、优异的抗热震性能和抗盐雾腐蚀性能。线材的应用范围广泛，可用于机械设备的表面改性和再制造。
文档编号C23C4/06GK101177771SQ20071015078
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月6日 优先权日2007年12月6日
发明者于月光, 任先京, 宋希剑, 曾克里, 晔 田, 薛文涛, 马江虹 申请人:北京矿冶研究总院