低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末及制备方法与流程

本发明涉及涂层制备领域，具体涉及喷涂用高铝青铜基粉末德制备技术。

背景技术：

冷气动力喷涂根据使用压缩气体的压力可以分为高压冷气动力喷涂与低压冷气动力喷涂。高压冷气动力喷涂使用的压缩气体压力为15个大气压以上，低压冷气动力喷涂使用的压缩空气为10个大气压以下。高压冷气动力喷涂制备过程中气体压力大，粉末沉积形成涂层的效果好、能力强，可以制备任意厚度的涂层。因为高压冷气动力喷涂对高压的需求，造成高压冷气动力喷涂设备昂贵、喷涂工装投资大、涂层制备成本高。相比之下，低压冷气动力喷涂设备小、造价低，涂层制备成本低；因此低压冷气动力喷涂技术具有很大的商业竞争能力与发展前景。

冷气动力喷涂制备涂层的过程中存在着粉体颗粒在基体表面的沉积与粉体颗粒对基体表面的冲蚀两种效应。当粉体颗粒的沉积效应大于粉体颗粒的冲蚀效应时，基体表面会沉积一层涂层；当粉体颗粒的冲蚀效应大于粉体颗粒的沉积效应时，基体表面会形成粗糙的冲蚀面，不会有涂层形成。当粉体颗粒速度超过一个速度临界值的时候，粉体在基体上会表现出沉积效应；当粉体颗粒速度小于这个临界值的时候，粉体颗粒表现出来的使冲蚀效应。低压冷气动力喷涂使用的气体压力小，粉体颗粒在气流中获得的能量比高压冷气动力喷涂的小，粉末颗粒撞击基体的瞬时速度小；而粉体颗粒撞击基体时的速度小造成粉体在基体表面更容易出现冲蚀效应，最终导致涂层厚度上不去，或者无法形成有效的涂层。另外目前低压冷气动力喷涂使用的粉体材料，其中金属颗粒的硬度都不高，一般在100hv左右。这是因为硬度高的金属颗粒在低压冷气动力喷涂的过程中，变形困难，不利于金属粉体颗粒的沉积。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末及制备方法。

本发明是低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末及制备方法，低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末，按质量百分比计，其组分为：高铝青铜粉75-90%，al2o3粉10%-25%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该高铝青铜基粉末使用的高铝青铜粉与al2o3粉的粒度范围均为10-50μm，其中高铝青铜粉是形状为非球形的高铝青铜预制合金粉、al2o3粉是形状为多边形的α相al2o3粉；

上述高铝青铜预制合金粉的合金成分质量百分比为：cu元素70-80%，al元素12-16%，fe元素2-4%，mn元素0.5-2%，ni元素0.2-0.5%，co元素0.2-0.5%。

低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末的制备方法，其步骤为：

（1）选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的高铝青铜预制合金粉和形状为多边形的α相al2o3粉；

（2）将高铝青铜粉体材料加热至400°c，保温2小时，然后随炉冷却到室温；将α相al2o3粉体材料加热烘干；

（3）将粉体材料按照以上所述比例，称取粉末，机械混合至均匀，得到低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末。

本发明的有益效果是：本发明所得的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末有很好的低压冷气动力喷涂的性能；使用本发明所得的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末，在普通钢材、铜合金和硬度较高的合金钢等基体上进行低压冷气动力喷涂，涂层厚度可以超过10mm。本发明所得的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末可以用于低压冷喷涂修复或制造零件，为零件的修复与制造带来方便且能节约成本。例如，使用本发明所得的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末，可以对钢的型材、板材轧辊进行低压冷气动力喷涂修复，提高轧辊的耐摩擦和耐腐蚀性能，增加其使用寿命，降低钢材轧辊的维修成本；还可以对汽车的缸体、密封阀进行低压冷气动力喷涂制备或者修复，提高汽车缸体或密封阀的耐腐蚀性能，增加其使用寿命，降低缸体与密封阀的制备或维修成本。

附图说明

图1为本发明实施例中低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末微观形貌图，图2是cr12mov合金钢基体上低压冷气动力喷涂高铝青铜基涂层的截面图。

具体实施方式

本发明是低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末及制备方法，低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末，按质量百分比计，其组分为：高铝青铜粉75-90%，al2o3粉10%-25%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该高铝青铜基粉末使用的高铝青铜粉与al2o3粉的粒度范围均为10-50μm，其中高铝青铜粉是形状为非球形的高铝青铜预制合金粉、al2o3粉是形状为多边形的α相al2o3粉；

上述高铝青铜预制合金粉的合金成分质量百分比为：cu元素70-80%，al元素12-16%，fe元素2-4%，mn元素0.5-2%，ni元素0.2-0.5%，co元素0.2-0.5%。

低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末的制备方法，其步骤为：

（1）选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的高铝青铜预制合金粉和形状为多边形的α相al2o3粉；

（2）将高铝青铜粉体材料加热至400°c，保温2小时，然后随炉冷却到室温；将α相al2o3粉体材料加热烘干；

（3）将粉体材料按照以上所述比例，称取粉末，机械混合至均匀，得到低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末。

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例:在此实施实例中，本发明提供的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末，由以下质量百分比的原料制备而成：

高铝青铜粉75-90%，al2o3粉10%-25%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该高铝青铜基粉末使用的高铝青铜粉与al2o3粉的粒度范围均为10-50μm，其中高铝青铜粉是形状为非球形的高铝青铜预制合金粉、al2o3粉是形状为多边形的α相al2o3粉。

上述高铝青铜预制合金粉的合金成分质量百分比为：cu元素70-80%，al元素12-16%，fe元素2-4%，mn元素0.5-2%，ni元素0.2-0.5%，co元素0.2-0.5%。

本发明实例还提供了上述低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末的制备方法，包括如下步骤：

（1）选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的高铝青铜预制合金粉和形状为多边形的α相al2o3粉；

（2）将高铝青铜粉体材料加热至400°c，保温2小时，然后随炉冷却到室温；将α相al2o3粉体材料加热烘干；

（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；

通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末。

图1所示为制得的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末微观形貌图。

本具体实施配方中高铝青铜粉是使用雾化法制备的，形状为非球形的预制铜合金粉，非球形的高铝青铜粉颗粒在低压冷气动力喷涂的气流中相比球形高铝青铜粉颗粒会获得更多的牵引力，这会使非球形高铝青铜粉颗粒的飞行速度大于球形高铝青铜粉颗粒的飞行速度。较大的颗粒飞行速度，会让高铝青铜粉颗粒更容易产生塑性变形、更容易沉积在基体表面。

目前低压冷气动力喷涂用粉末中的金属颗粒硬度都不高，较低的硬度有利于金属颗粒的塑性变形、有利于粉体材料的沉积形成涂层。雾化法制备得到的高铝青铜合金粉体材料的硬度达到400hv以上，直接用于低压冷气动力喷涂，很难在基体上形成涂层。本具体实施配方中将雾化法制备得到的高铝青铜合金粉体材料进行400°c的退火软化处理，解决金属颗粒硬度高、不利于涂层形成的问题。退火软化后的高铝青铜合金粉体材料在形成涂层的低压冷气动力喷涂过程中，通过剧烈的塑性变形，其硬度又恢复到400hv以上。

本具体实施配方中α相al2o3粉末是多边形的颗粒。多边形的α相al2o3粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以让高铝青铜粉体颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高涂层沉积的厚度。同时，多边形的α相al2o3粉末颗粒由于其硬度大于高铝青铜粉颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进高铝青铜粉颗粒的塑性变形，减少涂层中的孔隙，提高涂层内部的结合强度。

使用本发明提供的低压冷喷涂用高铝青铜基粉末在常用的轧辊材料cr12mov合金钢基体上制备厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，涂层截面如图2所示。图2的左边为cr12mov合金钢基体，右边是使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末制备得到的低压冷气动力喷涂高铝青铜基涂层。在图2中基体与涂层之间有明显的界面；涂层致密，没有明显的孔隙。图2中低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末中的电解铜粉变形良好，在涂层中完全看不出原有的高铝青铜粉末形貌；低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末中的α相al2o3粉末颗粒均匀分布在涂层中，与涂层结合良好。这是因为，低压冷气动力喷涂过程中，多边形的α相al2o3粉末颗粒能持续活化粉末沉积的界面，促使低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末不断沉积，形成涂层，促使涂层厚度增长。另外多边形的α相al2o3粉末颗粒可以促进高铝青铜粉充分变形，提高涂层的致密度，减少涂层中的孔隙。涂层中的α相al2o3粉末颗粒尺寸与粉体材料中的α相al2o3粉末颗粒尺寸相比，涂层中的α相al2o3粉末颗粒尺寸变小了；这是因为喷涂过程中，高铝青铜粉体颗粒撞击沉积在涂层表面的α相al2o3粉末颗粒，由于高铝青铜粉体颗粒硬度较高，造成α相al2o3粉末颗粒破碎，最终形成α相al2o3粉末颗粒尺寸小的高铝青铜基涂层。

在以上具体实施中，使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末在cr12mov合金钢基体制备了厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，旨在证明，本发明提供的低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末可以在金属工程材料基体上制备低压冷气动力喷涂涂层，且涂层的厚度可以达到10mm以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。