热喷镀材料的制作方法

专利名称:热喷镀材料的制作方法
本发明是关于用作热喷镀(等离子或火焰喷镀)的粉末材料的制造方法，用本方法制成的粉末所构成的材料，以及应用这种材料在基体上用热喷镀法沉积出自一粘附层。
为了在工件的表面上形成保护性镀层，就利用各种合金作热喷镀，这时需要预先在基体上做成一个中介层，以改善基体和保护镀层之间的粘附作用。
这些用于改善对基体的粘附作用的中介层大都是使用含有Mo，NiAl，NiCrAl或NiAlMo的粉末材料利用热喷镀法获得的。尤其是当应用含有Al，Mo和Cr添加剂的镍合金时，可以获得大于20N/mm2的结合强度。
此外，还尝试过用Fe，Co和Cu代替镍合金作为基的材料来生成粘附层或者自一粘附层，但是这些材料不可能获得对基体的足够的粘附强度。
本发明的目的是可以获得一种热喷镀的材料，它可以产生一个对基体的结合强度(用标准的利用拉力的抗拉扯试验)大于20N/mm2的自一粘附层，该材料不含镍或仅仅含高达10%(重量)的镍。本发明特别能达到这样一个目标，即能制造出对一些热气体，尤其是硫的衍生物存在时，具有高抗腐蚀性能的粘附层和自一粘附保护层。
根据本发明就可以达到这一结果，本发明使用热喷镀法来产生这种镀层，热喷镀的材料是根据本发明中的方法制成的粉末。本发明方法的特征在于具有如下重量组成的熔融合金铬10到30%，铝1到25%，碳少于0.5%，镍少于10%;余下部分为铁;用至少400℃/秒的冷却速度让合金从液态进行粉化，从而产生一个晶粒度为-150到+27微米(microns)，比表面(specific surface)高于500cm2/g的粉末。有利的冷却速度是在600和5000℃/秒之间。同样有利的粉末的比表面是高于750cm2/g。该合金最好是含有2%重量的下列一种或多种元素Zr，Ce和Y。同样，合金最好是可以含有从0.5～5%重量的钼和(或)0.5～5%重量的钛或钽。
热喷镀材料最好呈混合形态，其中含有至少20%重量的根据本发明的方法制造的粉末和高达80%重量的至少一种粉状硬材料。这种材料最好是选用金属氧化物和碳化物。
根据本发明的材料最好呈混合形态，其中含有至少20%重量的上述粉末和高达80%重量的金属粉末，它们是从下面的元素组中挑选出来的W，Mo，Ta，Ti和Cr。依据本发明同样有利的是材料可以含有高达80%重量的以铁，镍或钴为基的一种合金。所谓“以铁，镍或钴为基的合金”在本发明的范围内是理解为一种合金，它含有从50～99%重量的铁，镍或钴以及至少一种其他的元素，其含量分别不超过下表所列之限度(用重量百分数表示)铁-基合金铁50到99铬0到30碳0到2镍0到25
硅0到4铝0到10钨0到5钼0到5其它元素(总量)0到5镍-基合金镍50到99铬0到30硅0到4铁0到10钨0到6钼0到10铝0到10其它元素(总量)0到5钴-基合金钴50到99铬0到35
钨0到15钼0到10镍0到30硅0到4其它元素(总量)0到5出人意料地发现，应用根据本发明生产的材料用热喷镀作成的保护层的对基体的抗拉扯强度常常是大大地超过上述值(20N/mm2)。相反对于使用一般的粉化法得到的粉末并且用相似的方法得出镀层，连这个最低的值也达不到。本发明的这个决定性效果的得到很可能是由于从液态粉化时的冷却速度非常高所引起的各个相的平衡态的显著的位移，这样就改善了合金中各种元素的反应能力，特别是材料的各粒子在热喷镀的时候发生了放热反应，这样不仅使得这些粒子达到了合金的溶点而且在它们到达基体表面之前已被加热到了相当高的温度。
冷却速度至少要等于400℃/秒，最好用600～5000℃/秒之间的速度冷却，此外，其它的粉化参数的选择是根据所得到的粉末的比表面是否高于5000cm2/g，而且最好是高于750cm2/g而定的，这样就使这些粒子呈不规则的形状，例如，这些粒子的表面会呈现出非常粗糙的形状，与球状粒子相比，这些粒子的热吸收容量得到了改善。
为了进行粉化(从液态粉化)，可以使用一个已知型号的设备，它的各种参数是可调的，这样就能按所希望的方式对上述各种规定的特性的获得产生影响，有关这个课题可以参考JohnKeithBeddow的书，书名是“TheProductionofMetalPowdersByAtomization”由Beyden&SonLtd.出版，(1978)，还可参考该书中所列文献。
特别要指出的对上述规定的特性的获得产生影响的主要参数是把金属引入粉化室的喷咀的直径和排列方式，熔融金属在漏斗(tundish)中的温度，漏斗和导管喷咀是通的(此温度最好比合金的熔点高200到300℃，金属的流体静压力，粉化室中金属的冷却流体(例如，水或气体)的选择，冷却流体的压力和速度，飞行距离(金属离开喷咀进入室内到被冷却流体的喷流拦截所经历的距离，如果冷却流体是气体，例如空气，这段距离最好是5到35cm之间，如果冷却流体是水，则是5到25cm之间)，以及冷却喷流相对于金属喷流的入射角。
有关上述参数和用粉化法得出的粉末的特性之间的关系的详细例子可以在前面介绍的书上第2章(10到26页)，第4章(44到65页)和第5章(66到75页)中找到。
用上述的方式获得的粉末材料可以单独用来制造粘附层或自一粘附保护层。而且这种材料同另外一种粉末材料混合使用也一样好。特别是可以使用至少20%重量的这种粉末作为基质，另加80%重量粉状硬材料，最好从金属氧化物中挑选，如氧化锆，氧化铝等，或耐热金属的碳化物，诸如钨、钼、钽、钛、铬或其它的粉状耐热金属的碳化物。
按照本发明用来生产粉末材料的合金，最好是含有2%重量的下列一种或多种元素Zr，Ce和Y，这主要是为了增加粉末的反应性能，只要将这种粉末材料进行热喷镀所制得的镀层的使用条件允许存在这类添加元素。还有，牵涉到抗热和抗腐蚀的特性的要求时，特别为了协调这二种特性之间的关系时，就要向这合金内添加0.5～5%重量的钼和(或)钛或钽。
例1在一粉化设备内，以800℃/秒的冷却速度将具有下列重量百分比组成的合金粉化25.0Cr7.0Al1.5Ni少于0.1C余下部分Fe这样获得的粉末其粒子粗糙且形状不规则。过筛后得到晶粒度为-150到+27微米(microns)的粉末，用粉末冶金中已知的方法测定这种粉末的比表面。这样得出的比表面的值为700～750cm2/g。
使用一架常见型号的火焰喷镀设备(在本实施例中使用了本发明申请人的型号为CDS20000的设备)把这样获得的粉末喷镀到型号为St 37的钢制二片试验片上。目的是为了根据标准DIN 50160来测定出这样获得的镀层的抗拉扯强度。这样获得的抗拉扯试验结果的结合强度值可以达到28.0～30.0N/cm2之间。
例2把例1中使用的粉末和晶粒度为-75到+37微米的Al2O3粉末按重量比50∶50进行混合，用热喷镀把混合物喷镀到一个工件的表面上，该工件准备装在含硫气氛中有氧化性的严酷环境里使用的炉子上。这样就得到一自一粘附层，其结合强度为25N/mm2，并被证明是非常耐磨的。
权利要求
1.一种制造热喷镀粉末材料的方法，其特征在于，熔融合金的重量组成为铬10到30%，铝1到25%，碳少于0.5%，镍少于10%，余下部分为铁，用至少是400℃/秒的冷却速度将此合金从液态进行粉化，从而制造出具有晶粒度为-150到+27微米(microns)，比表面高于500cm2/g的粉末。
2.根据权项1所述的方法，其特征在于，冷却速度为600～5000℃/秒。
3.根据权项1所述的方法，其特征在于，其特征在于，粉末的比表面高于750cm2/g。
4.根据权项1所述的方法，其特征在于，合金中含有高达2%重量的从Zr，Ce和Y中挑选出的一种或多种元素。
5.根据权项1到4中的其中一项所述的方法，其特征在于，合金中含有0.5～5%重量的钼和(或)0.5～5%重量的钛。
6.一种热喷镀的材料，其中含有的粉末是用权项1到5中的其中一项所述的方法制造的。
7.根据权项6所述的材料，其特征在于，这种材料呈混合物形态，其中含有至少20%重量的所述的粉末和高达80%重量的至少一种粉末状的硬材料。
8.根据权项7所述的材料，其特征在于，所述硬材料是从金属氧化物和碳化物中挑选出的。
9.根据权项6到8中的其中一项所述的材料，其特征在于，这种材料呈混合物的形态，其中含有至少20%重量的所述的粉末和高达80%重量的从如下元素组，即W，Mo，Ta，Ti和Cr中挑选出来的金属粉末。
10.根据权项6到8中的其中一项所述的材料，其特征在于，它含有高达80%重量的以铁，镍或钴为基的合金。
11.权项6到9中的其中一项所述的材料用于在基体上用热喷镀法沉积出自一粘附层。
专利摘要
从如下重量组成的熔融金属
文档编号B22F9/08GK85101453SQ85101453
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者沃夫冈·希姆, 汉斯·修·斯坦恩 申请人:开斯特林公司