专利名称：喷雾用粉末及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在部件表面形成喷雾涂层的喷雾用粉末及其制造方法。更具体而言，本发明涉及一种用于金属部件如土木工程中使用的开凿设备部件的基材表面改性的粉末，该表面改性是为了达到有极高的耐冲击性、抗磨损性和抗腐蚀性，甚至在潮湿环境中仍具有抗磨损性。
各种工业机器或通用机器的金属部件根据各自的用途，需要具备各种性能如耐冲击性、抗腐蚀性和抗磨损性。然而，许多情况下，构成这类金属部件的金属(基材)材料单靠其本身不能充分满足要求，人们通常试图通过在基材表面形成涂层的表面改性来解决这类问题。
除了物理蒸气沉积或化学蒸气沉积外，热喷雾法是实际采用的表面改性方法的一种。热喷雾的特点是所处理基材的尺寸不受限制，可以在大表面积的基材上形成均匀的涂层，形成涂层的速度快，易于就地应用，能相当方便地形成厚的涂层。近年来，热喷雾法的应用已扩展到各个工业领域，成为极重要的表面改性技术。
在和“热喷雾”相同意思中有时使用术语如“粘覆(building up)”或“喷雾”。这些术语中，其定义没有明显的差异，使用的粉末之间也没有特别的差异。用于形成喷雾涂层的粉末不一定限制用于热喷雾。即，用于热喷雾的粉末可用于粘覆或喷雾，反之，用于粘覆或喷雾的粉末也可以用于热喷雾。
因此，本发明中“喷雾用粉末”是一种可用于“粘覆”或“喷雾”的粉末。
碳化钨是具有极高的硬度和优良的耐磨性的材料，它可与作为粘合剂的金属如Co、Cr或Ni或含这样一种金属的合金混合或复合使用，形成陶瓷/金属复合材料即金属陶瓷材料，这种金属陶瓷材料广泛用作喷雾用粉末的材料。“金属陶瓷”是取“金属”和“陶瓷”这两个词合并构成的术语。具体而言，这种材料是一种由金属基质连接的硬陶瓷颗粒构成的材料，是一种高硬度和高韧性的复合材料。在刀具材料领域中，金属陶瓷指TiC类或Ti(C，N)类材料，但广义上是指一般包含陶瓷和金属的复合材料。
金属陶瓷粉末一般采用如团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制造。
团化-烧结法制造金属陶瓷粉末的方法如下。
首先，将粘合剂(如PVA聚乙烯醇)在溶剂(水或醇类等溶剂)中的分散液加入原料的细粉末中，随后搅拌制成浆料。通过如喷雾干燥器，将该浆料成形为团化的球形粉末。然后，此团化的粉末经脱蜡和烧结，从团化粉末中除去有机粘合剂，并使团化的粉末颗粒具有适当的机械强度。
烧结后使用球磨机等粉碎设备进行粉碎。通过粉碎，各团化的粉末颗粒分开，从而获得球形粉末。之后，进行分级，获得符合喷雾条件或使用的喷雾设备类型要求的粒度分布的喷雾用粉末。对分级，已知不仅可以使用筛，而且可以通过气流和其它方法以及这些方法的组合进行。
由团化-烧结法获得的粉末颗粒为球形，并具有较为均匀的粒度分布，从而具有良好的流动性，这些粉末颗粒为多孔的，具有大的比表面积，易熔化，具有喷雾效率高的特性。因此，这种方法适合作为制备金属陶瓷粉末的方法。
烧结-粉碎法制备金属陶瓷粉末的方法如下首先，烧结原料细粉末，对获得的烧结产物机械粉碎，然后分级，获得粒度分布合乎要求的喷雾用粉末。工业上，在混合好原料之后，可进行诸如模压成形的方法，获得高密度的烧结产物。而其分级的方法和目的与上述团化-烧结法相同。通过这种烧结-粉碎法获得的粉末，其颗粒密实而坚固，为多角形或为该粉碎粉末特有边缘的块状。
另一方面，熔凝-粉碎法制备金属陶瓷粉末的方法如下首先，原料经过加热、熔化和冷却，然后，对获得的固化产物(锭子)进行粉碎并分级。进行熔化的目的是为了获得密实的粉末，工业化生产使用电弧炉进行熔化。采用诸如吊锤或锤打方法粉碎这种锭子，再进行粗粉碎、中等粉碎或细粉碎。粉碎的方法和目的与上述团化-烧结法或烧结-粉碎法相同。
通过熔凝-粉碎法获得的粉末很均匀，包含比烧结-粉碎法制得的粉末更为密实和坚固的颗粒。这种颗粒具有类似于烧结-粉碎法颗粒形状的多角形或块状。
通过这些团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的金属陶瓷粉末即可以作为喷雾用粉末。然而，为形成致密喷雾涂层，可以在金属陶瓷粉末中混入可自熔化的合金粉末，获得可以喷雾，随后通过熔化处理形成涂层的喷雾用粉末。
另一方面，作为形成在潮湿环境仍具有极好抗腐蚀性和抗磨损性的喷雾涂层的喷雾用粉末，是对作为陶瓷材料的碳化钨或碳化铬将作为粘合剂的Ni或Ni基合金混合进去，随后进行团化-烧结制得WC/CrC/Ni类喷雾用粉末，广泛用于工业领域。
然而，使用这种WC/CrC/Ni喷雾用粉末，已经指出其韧性和抗冲击性不够高。具体而言，一直使用这种喷雾用粉末，将其喷雾涂覆到易于磨损尤其在潮湿环境中易于磨损的基材上，但是在受到强冲击时会出现问题，喷雾涂层会碎裂，或者涂层会从基材上剥离。一旦喷雾涂层碎裂或剥离，基材的使用寿命就会缩短，由这样的喷雾用粉末形成的涂层的应用范围受到限制。因此，需要具有极高韧性和抗冲击性的喷雾涂层。
为解决上述问题，本发明人在日本专利申请JP-A-2000-38969中提出一种喷雾用粉末，它和普通的WC/CrC/Ni类金属陶瓷喷雾用粉末相比，由于使用适当调节的粒度分布的原料粉末，能形成具有高韧性和抗冲击性，并且在潮湿环境具有极高抗腐蚀性和抗磨损性的喷雾涂层。
使用上述喷雾用粉末形成的喷雾涂层，其抗冲击性优于使用目前市售的WC/CrC/Ni类型金属陶瓷喷雾用粉末形成的喷雾涂层，但一直存在的问题是，与使用WC/Co类型金属陶瓷的最常见喷雾金属陶瓷粉末形成的喷雾涂层相比，并没有观察到明显的优点。
金属陶瓷喷雾涂层一般具有的特点是，尽管它具有高硬度和极高的抗磨损性，但抗冲击性较低。因此，要求具有优良的抗冲击性，而不降低抗腐蚀性和抗磨损性。
本发明已解决这一问题，本发明的目的是提供一种形成具有极高抗冲击性、抗磨损性以及甚至在潮湿环境中优良的抗腐蚀性和抗磨损性喷雾涂层的喷雾用粉末，及其制造方法。
为解决上述问题，本发明提供一种用于形成涂层的喷雾用粉末，以总重量为基准，这种粉末包含80-97％(重量)金属陶瓷粉末和3-20％(重量)金属粉末，而金属粉末中，以金属粉末总重量为基准，Cr和Ni的总量至少为90％(重量)，Cr含量为0-55％(重量)。
本发明提供的喷雾用粉末，其中金属陶瓷包含碳化钨、碳化铬和Ni；或包含碳化钨、Co和Cr；构成金属陶瓷粉末的碳化钨的平均粒度为2-20微米。
本发明还提供一种喷雾用粉末，其中，构成金属陶瓷粉末的碳化铬平均粒度为1-10微米；其中金属粉末的C含量最多为金属粉末总重量的0.4％。
本发明还提供一种用来形成涂层的喷雾用粉末的方法，该方法包括将金属粉末和团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的金属陶瓷粉末进行混合，该金属粉末中Cr和Ni的总重量占金属粉末总重量的至少90％，Cr含量为金属粉末总重量的0-55％，而以喷雾用粉末总重量为基准，金属陶瓷粉末和金属粉末的含量分别为80-97％(重量)和3-20％(重量)。
附图中，
图1所示是测定喷雾涂层抗剥离性的落球冲击试验的示意图。
图1中，数字1表示一根导管，数字2表示一块试件，符号L表示钢球落下的距离(1,000mm)，符号H表示排出钢球的出口与其下落点之间的距离(20mm)，d表示导管内径(29.3mm)，符号G表示导管长度(980mm)，θ代表碰撞角(60°)。
下面详细描述本发明的喷雾用粉末及其制造方法。
本发明的喷雾用粉末中，金属陶瓷粉末较好的是包含碳化钨、碳化铬和Ni，或者包含碳化钨、Co和Cr。
而且，在金属陶瓷粉末中，Ni合金可代替Ni，或者和Ni一起使用。同样，可使用Co合金代替Co，或者和Co一起使用。同样，可使用Cr合金代替Cr，或者和Cr一起使用。
在包含碳化钨、碳化铬和Ni的金属陶瓷粉末中，碳化钨作用是提高抗磨损性，Ni的作用不仅是作为粘合剂，还提高韧性和抗腐蚀性。而碳化铬作用是进一步提高碳化钨和Ni的抗腐蚀性。从提高潮湿环境中抗腐蚀性和抗磨损性角看，以金属陶瓷粉末总重量为基准，碳化钨、碳化铬和Ni的含量一般分别为60-85％(重量)、10-30％(重量)和4-15％(重量)；较好为65-80％(重量)、15-25％(重量)和5-12％(重量)。
另一方面，在包含碳化钨、Co和Cr的金属陶瓷粉末中，一般知道包含碳化钨和Co的金属陶瓷粉末是具有优良韧性、抗磨损性和抗冲击性的喷雾用粉末。而Cr的作用是提高包含碳化钨和Co的金属陶瓷粉末的抗腐蚀性。包含Cr的这种金属陶瓷粉末，其抗腐蚀性和上述包含碳化钨、碳化铬和Ni的金属陶瓷粉末差不多，但比其它金属陶瓷好得多。从提高抗冲击性以及潮湿环境中抗腐蚀性和抗磨损性角度，以金属陶瓷粉末总重量为基准，碳化钨、Co和Cr含量一般分别为80-92％(重量)、4-20％(重量)和2-15％(重量)；较好为84-90％(重量)、6-12％(重量)和2-20％(重量)。
本发明的喷雾用粉末中，构成金属陶瓷粉末的碳化钨包括WC和W2C。但是较好使用WC。当使用W2C时，如果受到高温如烧结步骤或喷雾期间的高温，它会脱碳形成W，所得喷雾涂层的特性可能会变差。当使用WC时，不大会发生这样的脱碳现象。如果发生这样的脱碳反应，也可以抑制W的形成或喷雾涂层特性的改变。
同样，碳化铬包括Cr3C2、Cr7C3和Cr23C6。据称碳化铬可以脱碳，发生从Cr3C2到Cr7C3、从Cr7C3到Cr23C6和从Cr23C6到Cr的结晶相变化。必须抑制喷雾涂层性能的明显变化。因此，较好是使用Cr3C2或Cr7C3，最好是Cr3C2。
本发明喷雾用粉末中，如果构成金属陶瓷粉末的碳化钨和碳化铬的平均粒度太小，当喷雾涂层受到明显的外力(冲击)时很可能发生碎裂。相反，如果碳化钨和碳化铬的平均粒度太大，在团化步骤中，很难获得球形的团化粉末颗粒，并且团化粉末颗粒中原料组分分布也不均匀，或者如果使用这样的团化粉末颗粒制得的喷雾用粉末进行热喷雾，喷雾效率会很低。因此，碳化钨的平均粒度一般为2-20微米，较好为5-12微米，碳化铬平均粒度一般为1-10微米，较好为3-7微米。
如果用于本发明金属陶瓷粉末的碳化钨和碳化铬含有游离碳，所得喷雾涂层内部的结合强度会下降，抗冲击性显著降低。因此，用于金属陶瓷粉末的碳化钨和碳化铬中游离碳含量较好最多分别为0.05％(重量)和0.1％(重量)。
另一方面，本发明喷雾用粉末中，构成金属陶瓷粉末的金属粉末如Ni、Co或Cr较好是均匀粉碎的粉末。如果团化步骤中使用的金属粉末平均粒度小，可以制成球形度和机械强度高的金属陶瓷粉末，更容易制成具备要求粒度分布的粉末，并且产品的收率高。因此，这些金属粉末的粒度一般最大为5微米，较好最大3微米。雾化法制备的合金粉末，其平均粒度一般最大为10微米，较好最大为5微米。
作为与金属陶瓷粉末混合的金属粉末，较好是使用其粒度分布调整为和上述团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法获得的金属陶瓷粉末同样的金属粉末。雾化法制备的球形度高的金属粉末通常是这样。雾化法包括水雾化法和气体雾化法，根据使用的方法类型，金属粉末中溶解的氧量以及粉末形状略有差异，但对喷雾涂层性能的影响很小。因此，上述两种类型的都可以使用，只要是雾化法获得的金属粉末。
与本发明的金属陶瓷粉末混合的金属粉末中包含的Cr含量越高，对喷雾涂层的抗腐蚀性和抗磨损性提高得就越大，但降低了抗冲击性。反之，Cr含量越小，对喷雾涂层的抗冲击提高越大，但抗腐蚀性和抗磨损性会变差。例如，如果金属粉末中的Cr含量达到为金属粉末总重量55％以上，喷雾涂层的抗冲击性明显下降，涂层很可能碎裂。因此，本发明金属粉末中Cr的含量一般为金属粉末总重量的0-55％(重量)，较好为5-30％(重量)。
在制备要与本发明金属陶瓷粉末混合的金属粉末中，C会作为杂质引入，或为了雾化目的或其它目的而加入C。而且，金属粉末的原料金属有时也会含有C。然而，如果相对于金属粉末总重量，C含量太高，涂层的抗冲击性会明显下降。因此，金属粉末中C含量一般最多为金属粉末总重量的0.4％(重量)，较好最多为0.2％(重量)。
将与本发明金属陶瓷粉末混合的金属粉末中，除Ni、Cr外，可以包含由Si、B、Al、Mn、Ti、Fe、S和Mo代表的组分作为杂质，或为了雾化目的或为其它目的加入这些组分。这些组分还可包含在金属粉末的原料金属中。如果这些组分相对于金属粉末总重量的含量太多，喷雾涂层的抗冲击性很可能明显下降。因此，上述金属粉末中Si、B、Al、Mn、Ti、Fe、S和Mo的总含量一般最多为金属粉末总重量的10％，较好最多为3％。
采用下面方法，使用上述各组分制备本发明的喷雾用粉末。
首先，混合原料粉末，以金属陶瓷粉末总重量为基准，该混合物包含60-80％(重量)碳化钨、10-30％(重量)碳化铬和5-15％(重量)Ni，或者包含80-92％(重量)碳化钨、4-20％(重量)Co和2-15％(重量)Ni，并采用常规的团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制造WC/CrC/Ni型金属陶瓷或WC/Co/Cr型金属陶瓷。
制造金属陶瓷粉末方法中的团化-烧结法，进行团化时，较好务使团化粉末颗粒的粒度分布为5-75微米，随后在至少900℃烧结至少5小时。要求根据喷雾用粉末的组成和要求的性能选择最佳烧结条件，但是在恒定温度下烧结至少5小时可以制得均匀的球形硬颗粒。当使用金属粉末如Ni、Co、Cr或其合金，碳化物陶瓷如碳化铬和/或碳化钨作为金属陶瓷材料时，必须确保这种材料在脱蜡或烧结期间不被氧化，所以一般在真空或在惰性气氛中进行处理。
一个例子是，粒度分布为5-75微米的团化粉末经烧结、粉碎和分级，获得粒度分布为6-63微米的金属陶瓷粉末，这种粉末适合高速火焰喷射进行喷雾。而且，根据情况需要，通过改变团化、粉碎或分级条件，可以制备粒度分布为6-38微米、10-45微米、15-45微米、15-53微米或20-63微米的金属陶瓷粉末，根据喷雾设备类型或喷雾条件选择这样的一种粉末使用。
本发明中，“粒度分布”是指对粒度分布的下限，小于使用激光衍射型粒度测量装置LA-300(HORIBA，Ltd制造)所测该下限粒度的颗粒比例至多为5％，对粒度分布的上限，大于使用旋打振筛机法(JIS R6002)所测该上限粒度的颗粒比例至多为5％。例如当粒度分布为15-45微米时，使用激光衍射型粒度测量设备测得的小于15微米的颗粒的比例至多为5％，而使用旋打振筛机法测得的大于45微米的颗粒的比例至多为5％。另一方面，“平均粒度”是指使用该设备LA-300测得的D50值。
通过混合上述方法制得的金属陶瓷与另行制备的金属粉末，制造本发明的喷雾用粉末。
以金属粉末总重量为基准，金属粉末中包含0-55％(重量)Cr，加入Ni，使Ni和Cr的总含量至少为金属粉末总量的90％(重量)，制得金属粉末。
均匀混合上面的金属陶瓷粉末和金属粉末，以喷雾用粉末总重量为基准，金属粉末含量一般为3-20％(重量)，制得本发明的喷雾用粉末。
如果喷雾用粉末中，金属陶瓷粉末含量超过97％(重量)，金属粉末含量小于3％(重量)，在喷雾涂层中的金属相所占据的比例会下降，涂层抗冲击性也会较低。相反，如果金属陶瓷含量小于80％(重量)，金属粉末含量超过20％(重量)，抗腐蚀性和抗磨损性优良的金属陶瓷组分所占的比例下降，喷雾涂层的抗腐蚀性和抗磨损性会较低。
本发明喷雾用粉末形成的喷雾涂层，其抗冲击性、抗磨损性、抗腐蚀性以及潮湿环境中的抗磨损性极高的原因如下。
观察用本发明喷雾用粉末热喷雾形成的涂层的结构，可见金属粉末组分以适当厚度沉积，并且作为相对较大的金属相散布。在此喷雾涂层上施加大的外力时，这样的金属相起到缓冲作用，能够吸收并分散外力，从而显著提高喷雾涂层的抗冲击性。
另一方面，观察用常规喷雾用粉末热喷雾形成的涂层的结构，观察到喷雾用粉末的材料曾经熔化并和其它材料混合，仅观察到很薄的金属相，没有观察到如本发明的喷雾用粉末那样相对较大的以适当厚度沉积的金属相。因此，在喷雾涂层上施加大的外力时，因为没有起到充分缓冲作用的金属相，外力不能充分吸收并分散，因此认为这种喷雾涂层的抗冲击性会较低。
另外，若使用的喷雾用粉末，其制法是从一开始就将本发明喷雾用粉末中的所有组分即金属陶瓷粉末和金属粉末混合，随后通过团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的，而不是采用分开制备金属陶瓷粉末和金属粉末并按照制备本发明喷雾用粉末的适当比例混合的方法，其热喷雾形成的涂层结构中，观察到金属粉末组分与涂层中的其它材料混合，或者仅观察到薄的金属相，认为不可能获得使用本发明喷雾用粉末达到的高抗冲击性。
本发明的喷雾用粉末能应用于已知的热喷雾法，如由TAFA Company制造的JP-5000、UNIQUE COAT TECHNOLOGYES制造的SB-HVOP或Sulzer Metco制造的Diamond Jet设备为代表的高速火焰喷射，如Sulzer Metco制造的6P设备代表的火焰喷射，或者如Sulzer Metco制造的9MB设备或PRAXAIR制造的SG-100设备代表的等离子喷射。
火焰喷射是一种热喷雾法，该方法中，喷雾用粉末送入燃料(如乙炔)和氧燃烧产生的火焰中，粉末以熔融态或半熔融态碰撞到基材上，沉积形成涂层。高速火焰喷射是一种火焰喷射，但它是一种燃烧室压力增高，使燃烧火焰速度很快的热喷雾法，所以喷射颗粒被高度加速至产生大的冲击能量，可以形成密实而粘着性高的涂层。等离子喷射也是一种热喷雾法，是通过高温等离子体加热喷雾用粉末，喷雾用粉末熔融并喷射到基材上，形成涂层。
使用本发明喷雾用粉末形成的喷雾涂层可以很好地使金属粉末组分以适当厚度沉积，并以相对较大金属相分布在涂层中。为形成这样的涂层，喷雾用粉末，尤其是金属粉末组分不宜过分加热并通过对基材的大碰撞力来高速加速沉积涂层。与火焰喷射或等离子喷射相比，高速火焰喷射能高速加速喷雾颗粒，颗粒在燃烧火焰中的保留时间短，喷雾用粉末不会过长时间处于高温，所以适合于本发明的喷雾用粉末。高速度火焰喷射法中，特别优选用的是上述JP-5000或SB-HVOF设备，因为能高速加速喷雾用粉末，使喷雾用粉末暴露于高温时间很短。
下面，参考实施例详细描述本发明。然而，应理解，本发明不受这些具体实施例的限制。
制备喷雾用粉末首先，根据表1列出的组成，混合金属陶瓷粉末的原料，并在其中混入3.6％PVA水溶液，随后充分搅拌获得一糊料。使用如喷雾团化器，将该糊料成形为球形团化粉末，其粒度分布为5-75微米，粉末在真空脱蜡烧结炉内，在氩气氛中脱蜡，然后1250℃烧结5小时。烧结之后，使用球磨机进行粉碎，然后用振筛机和气流分级器分级，获得粒度分布为15-45微米的金属陶瓷颗粒。
与上面的金属陶瓷分开，再根据表1列出的组成，将雾化法制得的金属粉末采用和金属陶瓷粉末同样的方式，进行分级，调节粒度分布至15-45微米。
使用V形混合设备，混合所得的金属陶瓷和金属粉末，获得实施例1-15(表1)和比较例1-8(表2)的试验样品。
比较例1-8的含量如下。比较例1是团化-烧结法制备的WC/CrC/Ni喷雾用粉末，是可购得的用于抗腐蚀性和抗磨损性产品；比较例2是团化-烧结法制备的WC/CoCr喷雾用粉末，是可购得的用于抗磨损性产品；比较例3是团化-烧结法制备的WC/Co/Cr喷雾用粉末，是可购得的用于抗腐蚀性和抗磨损性产品；比较例4是通过团化-烧结法制备的喷雾用粉末，该方法中从一开始就混合喷雾用粉末中的所有组分即金属陶瓷粉末和金属粉末；比较例5是金属粉末加入量超出本发明范围的一种粉末；比较例6同样是金属粉末加入量超出本发明范围的一种粉末；比较例7是金属粉末中Cr含量超出本发明范围的一种粉末；比较例8是金属粉末中Ni和Cr含量超出本发明范围的一种粉末。
表1
表1(续)
*1)基于喷雾用粉末总量的重量比值*2)基于金属陶瓷粉末总量的重量比值*3)基于金属粉末总量的重量比值*4)合金化学组成中的数字代表各金属的重量％含量。例如Ni-20Cr-10Co合金包含20％(重量)Cr和10％(重量)Co，余下70％(重量)是Ni。
表2
表2(续)
喷雾试验和涂层评价使用实施例1-15比较例1-8的样品进行喷雾试验。喷雾试验的方法和评价喷雾涂层的方法如下。
A.硬度测定切出下述喷雾条件(A)形成的喷雾涂层，其截面经镜面抛光，清洗和干燥，用HMV-1维克斯硬度计(Shimadzu Corporation制造)测定喷雾涂层截面的维克斯硬度。进行10次试验，平均试验结果，获得维克斯硬度，并按照评价标准(A)所列标准进行评价。
1)喷雾条件(A)热喷雾设备HVOF热喷雾设备JP-5000，TAFA Company制造氧气流量1500scfh煤油流量6.0gph基材SS400钢板(50×70×2.3mm)喷雾涂层厚度200微米2)测定条件(A)压头金刚石棱锥形压头相对面间的角度136°压头负荷0.2kgf加负载后保持时间15秒3)评价标准(A)◎维克斯硬度(Hv0.2)至少为1,100。
○维克斯硬度(Hv0.2)至少为900，但小于1,100。
×维克斯硬度(Hv0.2)小于900。
B.干磨损试验对下述喷雾条件(B)下形成的喷雾涂层，使用Suga摩擦试验机(如JIS H8682述的)进行干磨损试验。计算试验样品的这个磨损率(mm3)和标准样品磨损率(mm3)的体积比值作为磨损比，进行三次试验，平均试验结果，获得磨损比，并按照评价标准(B)所列标准进行评价。
1)喷雾条件(B)热喷雾设备HVOF热喷雾设备JP-5000，TAFA Company制造氧气流量1500scfh
煤油流量6.0gph基材SS400钢板(50×70×2.3mm)喷雾涂层厚度200微米2)试验条件(B)砂纸SiC#180负荷3.15kgf摩擦次数400次标准样品SS400钢板(50×70×2.3mm)3)评价标准(A)◎磨损比(％)小于3。
○磨损比(％)至少为3，小于5。
×磨损比(％)至少为5。
C.湿磨损试验对下述喷雾条件(C)下形成的喷雾涂层，使用湿磨机(如JP-A-2000-180331所述的)进行喷雾涂层在潮湿环境的抗磨损性和抗腐蚀性试验。计算试验样品的这个磨损率(mm3)和标准样品磨损率(mm3)的体积比值作为磨损比，并按照评价标准(C)所列标准进行评价。
1)喷雾条件(C)热喷雾设备HVOF热喷雾设备JP-5000，TAFA Company制造氧气流量1500scfh煤油流量6.0gph基材用于机械结构(φ25×H75mm)的碳钢管STKM12C喷雾涂层厚度200微米2)试验条件(C)磨料A#8(JIS R6111)糊料中磨料浓度80％(重量)试验时间200小时滑动距离5.67×105米标准样品用于机械结构(φ25×H75mm)的碳钢管STKM12C3)评价标准(C)◎磨损比(％)小于8。
○磨损比(％)至少为8，小于15。
×磨损比(％)至少为15。
D.剥离寿命试验对下述喷雾条件(D)下形成的喷雾涂层，进行图1所示落球冲击试验仪机械剥离寿命的试验。作为每次试验的落下次数(n)，500个钢球(直径D9.5毫米，重量W3.32克)通过内径(d)为29.3毫米的导管从1米高度(L)连续落下，以60°的碰撞角撞击试件2的喷雾涂层，观察喷雾涂层的表面，统计直到出现碎裂和剥离时所经受的冲击次数。平均四次试验的结果，获得经受的冲击次数，并按照评价标准(D)所列标准进行评价。
1)喷雾条件(D)热喷雾设备HVOF热喷雾设备JP-5000，TAFA Company制造氧气流量1500scfh煤油流量6.0gph基材S45C钢板(100×100×20mm)喷雾涂层厚度100微米2)评价标准(D)◎经受的冲击次数至少30。
○经受的冲击次数至少为20，小于30。
×经受的冲击次数小于20。
试验A-D的结果列于表3。
表3结果表明由实施例1-15代表的本发明的喷雾用粉末及其制造方法显示很高的抗冲击性、抗磨损性以及在潮湿环境中的优良抗腐蚀性和抗磨损性。
表3
而且，和比较例1-8相比，实施例1-15尽管维克斯硬度相同或略差，但干燥和潮湿环境的抗磨损性很好。一般认为高维克斯硬度的，其抗磨损性优良，但是，这里的试验结果表明两者并没有必然的相关性。
本发明的喷雾用粉末通过热喷雾在基材表面上形成的涂层，能显示极高抗磨损性以及潮湿环境的抗磨损性，同时保持高的抗冲击性的。而且，根据本发明制造喷雾用粉末的方法，和一开始就混合成其组分的制造方法相比，可以制造能形成极高抗磨损性以及潮湿环境的抗磨损性同时保持高的抗冲击性的涂层的喷雾用粉末。
即，1)本发明的喷雾用粉末可用于形成涂层，这种粉末包含80-97％(重量)金属陶瓷粉末和3-20％(重量)金属粉末，而金属粉末中以金属粉末总重量为基准，Cr和Ni的总量至少90％的，以金属粉末总重量为基准，Cr含量为0-55％(重量)。使用这种粉末能够获得抗冲击性、抗磨损性和抗腐蚀性优良的喷雾涂层。
2)通过其中金属陶瓷粉末包含碳化钨、碳化铬和Ni的本发明喷雾用粉末，可以获得具有高韧性和抗冲击性以及潮湿环境中优良的抗腐蚀性的喷雾涂层。
3)通过其中金属陶瓷粉末包含碳化钨、Co和Cr的本发明喷雾用粉末，与含碳化钨、碳化铬和Ni的金属陶瓷粉末相比，可以获得抗腐蚀性优良的喷雾涂层。
4)通过其中构成金属陶瓷粉末的碳化钨的平均粒度为2-20微米的本发明喷雾用粉末，可望得到抗冲击性优良而稳定的喷雾涂层。
5)通过其中构成金属陶瓷粉末的碳化铬的平均粒度为1-10微米的本发明喷雾用粉末，可望得到抗冲击性和抗磨损性优良而稳定的喷雾涂层。
6)本发明制造喷雾用粉末的方法是加入并混合金属粉末粉末和由团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制备的金属陶瓷粉末，金属粉末包含Cr和Ni，其总量为金属粉末总重量的至少90％，Cr含量为金属粉末总重量的0-55％(重量)，而以喷雾用粉末总重量为基准，金属陶瓷粉末和金属粉末分别为80-97％(重量)和3-20％(重量)。通过这种方法能够得到可以形成高抗冲击性、高抗磨损性以及在潮湿环境中优良的腐蚀性和抗磨损性涂层的喷雾用粉末。
2001年1月25日提出的日本专利申请2000-16585的全部内容，包括说明书、权利要求书、附图和说明书摘要参考结合于此。
权利要求
1.一种用于形成涂层的喷雾用粉末，以喷雾用粉末总重量为基准，该粉末包含80-97％重量的金属陶瓷粉末和3-20％重量的金属粉末，其中，金属粉末包含Cr和Ni，Cr和Ni的总量为金属粉末总重量的至少90％重量，Cr含量为金属粉末总重量的0-55％重量。
2.如权利要求1所述的喷雾用粉末，其特征在于金属陶瓷粉末包含碳化钨、碳化铬和Ni。
3.如权利要求1所述的喷雾用粉末，其特征在于所述金属陶瓷粉末包含碳化钨、Co和Cr。
4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的喷雾用粉末，其特征在于构成金属陶瓷粉末的碳化钨的平均粒度为2-20微米。
5.如权利要求1或2所述的喷雾用粉末，其特征在于构成金属陶瓷粉末的碳化铬的平均粒度为1-10微米。
6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的喷雾用粉末，其特征在于以金属粉末总重量为基准，金属粉末中的C含量最多为0.4％重量。
7.一种制造用于形成涂层的喷雾用粉末的方法，该方法包括加入并混合金属粉末和由团化-烧结法、烧结-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的金属陶瓷粉末，金属粉末包含Cr和Ni，Cr和Ni总量至少为金属粉末总重量的90重量％，Cr含量为金属粉末总重量的0-55重量％，以喷雾用粉末总重量为基准，金属陶瓷粉末和金属粉末的含量分别为80-97％重量和3-20％重量。
全文摘要
一种用于形成涂层的喷雾用粉末,以其总重量为基准,它包含80－97%(重量)的金属陶瓷粉末和3－20%(重量)金属粉末,金属粉末包含Cr和Ni,它们的总量为金属粉末总重量的至少90%,Cr含量为金属粉末总重量的0－55%(重量)。
文档编号B22F9/02GK1367209SQ0210285
公开日2002年9月4日 申请日期2002年1月25日 优先权日2001年1月25日
发明者五日市刚, 大泽悟 申请人:不二见株式会社