专利名称：一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，属于表面工程中热喷 涂涂层制备领域。
背景技术：
铌钛铝基合金的使用温度达到900°C以上，同时具有良好的抗氧化性能，密度小、 晶体结构简单和易于控制显微组织而改善性能的优点，高铌钛铝合金的应用将开辟航空航 天、船舰、汽车等重要领域的新发展，使现有装备得到突破性发展。铌钛铝合金的缺点就是 脆性高。
发明内容
本发明的目的在于通过爆炸喷涂制备涂层的方式，使涂层和基体能优势互补，解 决铌钛铝合金的脆性问题，发挥复合材料的优异性能。一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，该技术首先是按一定成分配好的 粉末进行高能球磨机械合金化，并对粉体进行等离子球化处理，将制备好的球形粉用爆炸 喷涂工艺制备成涂层，并对涂层进行热处理，具体工艺如下1、铌钛铝复合粉的制备按照占总体的原子百分比分别加入30at% 60at% 的Al粉(纯度为99. 9 %，平均粒度为20 150ym)、lat% 粉(纯度为 99.9%,平均粒度为20 100 μ m)、0. Iat % 5at %的B粉(纯度为99. 999 %，平均粒度为 0. 7 μ m)、0. Iat % Cr 粉(纯度为 99. 9%，平均粒度为 50 μ m)、0. Iat% 5at% 的Y粉(纯度为99. 9%，平均粒度为50 μ m)、Ti粉余量(纯度为99. 9%，平均粒度为50 200 μ m)。将混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球 料比为1 50 1，球磨时间为1 100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球 化，最终得到粒度在100 500目的铌钛铝复合粉。2、基体的预处理待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在30 120°C，然后喷砂处理，最终得到基体的粗糙度在RaO. 1 20。3、涂层的制备将待喷涂的粉末60 100°C烘焙1 10小时，调节爆炸喷涂的工 艺参数:02/C2H2流量比0. 1 10 (流量单位:m3/h)，N2流量为0. 1 10m3/h，喷涂距离为 100 200mm，送粉量为5 100g/min。先喷涂打底层(MCrAlY或Ni包Al)厚度为0. 1 10mm，再喷涂铌钛铝层厚度为0. 1 10mm。4、热处理将制备好的式样放入热处理炉中，600 1000°C保温1 10h，升温降
温速度彡50 0C /h。爆炸喷涂是利用突发爆发的热能加热融化喷涂材料，并利用爆炸冲击波产生的高 压把熔粒高速喷射到金属基体表面形成涂层，形成涂层结合强度高，空隙率低。本项目提出用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层，一方面爆炸喷涂过程中产生爆轰波 能得到4200°C，能够使高熔点的粉体熔化，并且促进元素的化合反应进行。另一方面爆炸喷涂能将熔融粉体加速到700 1500m/s，使得熔融颗粒撞击基体能够充分铺展变形，从而能 够得到高致密度的涂层。本发明提出了爆炸喷涂制备技术，与其它涂层制备技术相比，其优点在于1、与等离子喷涂和超音速喷涂技术相比，爆炸喷涂的温度低、速度高，即能减少金 属粉末的氧化和低温元素的烧损，又能得到其他喷涂方式无法比拟的高致密度涂层；2、爆炸由于间歇式的工作特性，该工艺对基体的温度影响非常小，对精密零部件 和低熔点材料的表面喷涂特别实用。3、该技术设备简单，成本低，可以制备大尺寸、复杂零件表面涂层。
具体实施例方式实施实例1 大面积平板材料(500mm X 500mm，厚度10mm)表面涂层制备。1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成Ti-41A1_9.0 Nb-0. 3B-0. 2Cr-0. 2Y(at%，原子分数)成分的混合粉，在高纯氩气环境下高能球磨30h，球 料比为10 1，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在140 325目的的铌钛铝复合粉。2、待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在80°C，然后喷砂处理(喷 砂粒度为46#)，最终得到基体的粗糙度为Ra5士 ；3、称取409. Ig粒度为140 325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80°C烘焙Ih ；4、称取818. 2g制备好的球化铌钛铝粉放入烘箱中80°C烘焙2h ；5、喷枪的工艺参数设定喷涂距离175mm，喷枪位移50mm/min，一道喷枪下移 10讓，02/C2H2 流量比1. 1 (O2 流量 1. lm3/h, C2H2 流量 1. 0m3/h)，O2 压力0. 3MPa，C2H2 压力 0. IMPa ； 6、喷涂烘焙好的MCrAlY粉体，送粉克数7 7. 5g/min,整体喷涂6遍，厚度 0. 15mm ；7、喷涂烘焙好的铌钛铝粉体，送粉克数5 6g/min，整体喷涂14遍，厚度0. 35mm ；8、将制备好的平板，放入热处理炉中930°C保温2h，升温降温速度45°C /h。实施实例2 圆柱形状材料(Φ 150 X 1000mm)的表面涂层制备。1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成 Ti-49Al-4Nb-0. 5B-lCr-0. 2Y(at%，原子分数)成分的混合粉，在高纯氩气环境下高能球 磨30h，球料比为10 1，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度 在140 325目的的铌钛铝复合粉。2、待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在80°C，然后喷砂处理(喷 砂粒度为46#)，最终得到基体的粗糙度为Ra5士 ；3、称取840g的140 325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80°C烘焙Ih ；4、称取1680g制备好的球化铌钛铝粉放入烘箱中80°C烘焙2h ；5、喷枪的工艺参数设定喷涂距离175mm，喷枪位移50mm/min，圆柱工件的转速为 11 秒 / 转，02/C2H2 流量比1. 1 (O2 流量 1. 0m3/h, C2H2 流量 1. 0m3/h)，O2 压力0. 3MPa，C2H2 压力0. IMPa ；6、喷涂烘焙好的MCrAlY粉体，送粉克数7 7. 5g/min,整体喷涂6遍，厚度0. 15mm ；7、喷涂烘焙好的铌钛铝粉体，送粉克数5 6g/min，整体喷涂14遍，厚度0. 35mm ；8、将制备好的平板，放入热处理炉中920°C保温2h，升温降温速度45°C /h。
权利要求
一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征包括以下工艺步骤(1)铌钛铝复合粉的制备原料粉体的原子百分比为Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量；将原料混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉；(2)基体的预处理待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在30～120℃，然后喷砂处理，最终得到基体的粗糙度在Ra0.1～20；(3)涂层的制备将待喷涂的粉末60～100℃烘焙1～10小时，调节爆炸喷涂的工艺参数O2/C2H2流量比0.1～10、流量单位m3/h，N2流量为0.1～10m3/h，喷涂距离为100～300mm，送粉量为5～500g/min；先喷涂打底层厚度为0.1～10mm，再喷涂铌钛铝层厚度为0.1～10mm；(4)热处理将制备好的式样放入热处理炉中，600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h。
2.如权利要求1所述利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征在于所述Ti粉 质量纯度为99. 9 %，平均粒度为50 200 μ m ；A1粉质量纯度为99. 9 %，平均粒度为20 150 μ m ；Nb粉质量纯度为99. 9 %，平均粒度为20 100μ m ；B粉质量纯度为99. 999 %，平 均粒度为0. 7 μ m ；Cr粉质量纯度为99. 9%，平均粒度为50 μ m ;Y粉质量纯度为99. 9%，平 均粒度为50 μ m。
3.如权利要求1所述利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征在于涂层的打 底材料为MCrAlY或Ni包A1。
全文摘要
一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，属于表面工程中热喷涂涂层制备领域。原料粉成分为Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量。将混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉；然后利用爆炸喷涂设备先喷涂一层MCrAlY的过渡层，然后再将制备好的铌钛铝粉体喷涂上去；然后将制备好的工件进行热处理600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h；最终得到铌钛铝耐高温涂层。本方法制备的涂层的致密度高、氧化夹杂少、表面质量好，并且设备和工艺简单，使生产成本大幅度降低。
文档编号C23C4/02GK101928909SQ20101021436
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者林涛, 王文琴, 石永亮, 邵慧萍, 郭志猛 申请人:北京科技大学