专利名称：一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法
技术领域：
本发明属于材料科学技术领域，涉及一种在碳素钢的表面采用原位热爆合成致密的镍-铝(Ni-Al)基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法。
背景技术：
镍-铝(Ni-Al)金属间化合物的高温综合性能优良，尤其抗高温氧化和热腐蚀性能优异，因此Ni-Al金属间化合物实际上是一种应用价值很高的高温防护涂层材料。在高温环境下，Ni-Al金属间化合物在表面极易形成一层连续、稳定、致密的氧化铝保护膜，极大地提高了材料的抗氧化腐蚀性能。将Ni-Al系金属间化合物用作表面涂层材料，充分发挥金属间化合物的性能优势，改善母材金属表面的服役性能。目前国内对金属间化合物涂层的研究比较多，许多表面技术都可以用于制备Ni-Al系金属间化合物涂层，如喷涂法、溅射法、合金化法、堆焊法、反应铸造表面改性技术等。这些技术的研究以及应用，充分挖掘了母材的潜力，节约了社会资源，为社会的带来了显著的经济效益。专利号为201010520735. 9的中国专利公开了采用高能微弧合金化技术制备Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系金属间化合物涂层。参数为输出功率为50 2000W，电压为40 100V，频率为彡2000Hz，制备时间彡30min/cm2。所述的涂层制备环境为非反应性气体保护，如氮气、氩气等，温度为室温。制备的金属间化合物涂层，不仅可以保留基体金属的高温力学性能，而且抗高温氧化性能大大提高。专利号为200710017976. X的中国专利将Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al组中的某种体系的金属粉末按照金属间化合物的成分进行配比，在惰性气氛保护、低温或真空下通过机械合金化获得合金粉末作为喷涂材料，通过冷喷在基体上制备合金涂层，最后进行热处理，温度为300° C 1200° C之间，涂层中合金元素扩散形成金属间化合物涂层。中国石油大学韩彬等，以镍包铝粉末为原料，利用大功率激光器在高铬铸钢表面合成NiAl金属间化合物涂层。(韩彬，王勇。稀有金属材料与工程[J], 2011, 40(6)，347 350) ·另外在普通碳钢基体上制备金属间化合物涂层的技术还有等离子堆焊技术，它是以等离子弧为热源，以一定成分的合金粉末作为填充金属的特种粉末喷焊工艺，具有施工效率高，喷焊材料范围广，成本低等优点。综合以上各种在碳钢表面制备金属间化合物涂层的各种工艺方法，总体上可以分为两种制备方式。(I)置粉末法一是先将合成金属间化合物涂层的混合粉末预置涂敷在基体材料表面，然后再利用等离子或激光高温热源使混合粉末熔覆在基体上。( 2)预同步送粉法一在等离子或者激光熔覆设备上开发同步送粉机构。但上述制备金属间化合物涂层的方法中，均存在着混合粉末损失量大、涂层厚度不均匀、涂层的空洞过多而不致密等种种缺陷
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种涂层内部结构致密无孔洞、结合强度高、粉末损失量小的镍-铝(Ni-Al)基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法。本发明是通过以下方式实现的一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法，其特征是包括以下实施步骤⑴配料按照摩尔百分比Ni粉为50% 75%，Al粉为25% 50%配料，通过无水乙醇均匀混合；其中Ni粉颗粒大小为100 250目，纯度95% 99. 5% ；A1粉颗粒大小为100 250目，纯度95% 99. 5% ；(2)碳素钢表面预处理 为了使原位合成的涂层的粉末与碳素钢结合面积更大，对碳素钢表面进行简单的机械加工，使碳素钢表面粗糙度为Ra50 RalOO，以便涂层与基体达到比较高的结合强度；(3)涂层的涂敷将步骤(I)中混合好的粉末均匀地涂敷在碳素钢基体上，混合粉末的厚度为IOmm 20mm ；⑷加热保温将涂敷了混合粉末的碳素钢放入电阻加热炉中加热，升温速度为10°C /min，升温到150°C 250°C保温2 3小时；(5)引燃热爆原位反应再次加热，使炉温升温至550°C 600°C，升温速度为10°C/min，引爆反应，反应完毕后在150°C 200°C温度下保温I 2小时。反应结束后对生成的涂层表面进行打磨，得到表面光滑、结构致密、厚度均匀的涂层。在镍-铝(Ni-Al)基金属间化合物的制备过程中，由于不同配比的Ni粉、Al粉混合粉末在高温热源激发下发生一系列原位反应。3Α1+Ν — NiAl3NiAl3+Ni — Ni2Al3Ni2Al3+Ni — 3Ν Α1NiAl+2Ni — Ni3Al在加热炉内，整个热爆原位反应后生成的金属间化合物呈熔融液态，整个反应的放热温度超过碳素钢基体的熔点，因此生成的Ni-Al基金属间化合物涂层能与碳素钢基体呈冶金结合，得到较高的结合强度。对获得的涂层进行相关的形貌观察、成分分析。结果表明，获得的涂层的成分主要为Ni-Al基金属间化合物涂层，涂层硬度均匀，硬度大约450HV。本发明制备的涂层内部结构致密无孔洞、与碳素钢基体呈冶金结合，具有较高的结合强度，是一种经济价值高的涂层制备技术。本发明可广泛应用于耐高温腐蚀的防护涂层的制备技术上。
具体实施方式
下面给出本发明的三个最佳实施例实施例I :Ni粉(200目，纯度99%)、Al粉(200目，纯度为99. 5%)按照摩尔比Ni粉50%、Al粉50%的比例用无水乙醇均匀混合，均匀涂敷在经过处理后的碳素钢基体上(碳素钢表面粗糙度为Ra50)，厚度要超过10mm，然后放入电阻加热炉中加热，升温速度为10°C /min，升温到200°C保温2小时烘干混合粉末。升高炉内温度至600°C引燃热爆原位反应，反应完毕后在200 C温度下保温I小时。反应结束后对生成的涂层表面进行打磨，得到表面光滑、结构致密、厚度均匀的涂层。实施例2 Ni粉(200目，纯度99%)、Al粉(200目，纯度为99. 5%)按照摩尔比Ni粉75%、Al 粉25%的比例用无水乙醇均匀混合，均匀涂敷在经过处理后的碳素钢基体上(碳素钢表面粗糙度为RalOO)，厚度要超过10mm，然后放入电阻加热炉中加热，升温速度为10°C /min,升温到200°C保温2小时烘干混合粉末。升高炉内温度至600°C引燃热爆原位反应，反应完毕后在200 C温度下保温I小时。反应结束后对生成的涂层表面进行打磨，得到表面光滑、结构致密、厚度均匀的涂层。实施例3 Ni粉(200目，纯度99%)、Al粉(200目，纯度为99. 5%)按照摩尔比Ni粉66%、Al粉34%的比例用无水乙醇均匀混合，均匀涂敷在经过处理后的碳素钢基体上(碳素钢表面粗糙度为Ra75)，厚度要超过10mm，然后放入电阻加热炉中加热，升温速度为10°C /min，升温到200°C保温2小时烘干混合粉末。升高炉内温度至在600°C引燃热爆原位反应，反应完毕后在200°C温度下保温I小时。反应结束后对生成的涂层表面进行打磨，得到表面光滑、结构致密、厚度均匀的涂层。
权利要求
1.一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法，其特征是包括以下步骤 (1)配料 按照摩尔百分比Ni粉为50% 75%、Al粉为25% 50%的比例准备Ni粉和Al粉，并通过无水乙醇均匀混合； (2)碳素钢表面预处理 对碳素钢表面进行简单的机械加工，使原位碳钢的表面粗糙度为Ra50 RalOO ； (3)涂层的涂敷 将步骤(I)中混合好的粉末均匀地涂敷在碳素钢基体上，混合粉末的厚度为IOmm 20mm ； (4)加热保温 将涂敷了混合粉末的碳素钢放入电阻加热炉中加热，升温到150°C 250°C，保温2 3小时； (5)引燃热爆原位反应 再次加热，使炉温升温至550°C 60(TC，引爆反应，反应完毕后在150°C 200°C温度下保温I 2小时。
2.根据权利要求I所述的一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法，其特征是 步骤(I)中的Ni粉颗粒大小为100 250目，纯度95% 99. 5%;A1粉颗粒大小为100 250 目，纯度 95% 99. 5%。
3.根据权利要求I所述的一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法，其特征是 步骤(4)和步骤(5)中的升温速度均为10°C /min。
全文摘要
本发明属于材料科学技术领域，涉及一种在碳素钢的表面采用原位热爆合成致密的镍-铝(Ni-Al)基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法。本发明首先按照摩尔百分比Ni粉为50%～75%、Al粉为25%～50%的比例准备Ni粉和Al粉，并通过无水乙醇均匀混合；然后在湿法均匀混合的基础上经过烘干、在550℃～600℃的加热炉中激发原位热爆反应，在碳素钢基体上生成Ni-Al基金属间化合物涂层。本发明制备的涂层内部结构致密无孔洞，与碳素钢基体呈冶金结合，具有较高的结合强度。本发明是一种经济价值高的涂层制备技术，可广泛应用于耐高温腐蚀的防护涂层的制备。
文档编号C23C24/10GK102925890SQ20121042081
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者袁建军, 张希华, 刘欣颖, 郭凡灿 申请人:山东大学