CN100436620C - 一种镍铝合金及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明镍铝合金丝的生产方法，合金的成分配比包含铝3%～7%、锰0.12%～0.18%、海绵钛0.12%～0.18%、稀土0.12%～0.18%，余量为镍；生产工艺为：(1)配制原料；(2)真空熔炼；(3)锻压；(4)热轧；(5)粗拉；(6)热处理；(7)煮洗；(8)精拉；(9)成品；本发明生产的镍铝合金丝产品，其外观均匀光洁，内在性能优良，非常适合零部件的表面防腐以及修复，特别对于恶劣环境下以及高档次或高性能要求的零部件，其表面热喷涂处理优越的内在性能更为显著，产品喷涂的沉积效率高，与基体的附着性好，抗化学、高热腐蚀能力强，硬度高，耐磨性能好，具有广泛的应用领域，对设备要求低，使用便捷，工效高，污染小，成本节约。

Description

一种镍铝合金及其生产方法

技术领域

本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种热喷涂镍铝合金丝及其制备。

背景技术

自从热喷涂(Thermal Spray)技术问世以来，经过不断发展，热喷涂用设备、材料、工艺均有较大的技术进步。在电弧喷涂(Arc Spray)方面，由于它具有较高的喷涂结合强度，且耗能少、成本低、效率高、工艺易于掌握、喷涂质量稳定等特点，尤其适合大面积喷涂打底。金属电弧喷涂在施工情况下，为改善涂层与基体的结合强度，需先喷涂相应的底层打底材料。铝青铜丝虽然能够弥补其他电弧喷涂打底材料的一些缺陷，但由于其在喷涂时会产生许多烟层，造成严重污染，给现场作业人员造成健康伤害。近年来，镍铝合金丝(Prealloyed Ni-Al Wire)用作电弧喷涂打底材料，利用合金丝中镍、铝元素与氧发生放热反应，提高了飞行粒子的温度，从而达到较高的结合强度，其涂层致密，具有抗高温氧化、耐热冲击和抗擦伤的性能，既保留了铝青铜丝作为金属喷涂打底材料的诸多优点，又可有效替代铝包镍粉、镍包铝粉等金属喷涂打底材料。镍铝合金丝不仅提高了热喷涂材料表面处理的技术水平，其性能远胜于电镀镀层，而且有效改善了作业环境，使喷涂质量更易保证，工效大大提高，价格更为用户接受。电弧喷涂镍铝合金丝扩大了电弧喷涂的应用领域，其在高档金属零件的防腐和防锈、大面积构件的防护、轴类等易磨损零部件的修复与强化、金属陶瓷和氧化物陶瓷等表面涂层处理以及装饰等等方面也起到关键的作用，在航天、航空、汽车、机械、电力、化工、矿山、地质、冶金等诸多领域有广泛应用。然而，随着金属电弧喷涂应用领域将逐渐扩大，技术、质量要求的不断提高，镍铝合金丝的内在性能和外观质量都有待于进一步提高，以能够提供适合需要的高结合强度、高防腐蚀性能、高耐磨性能、高拉伸强度、高沉积效率、高均匀光洁度、宽使用领域、低设备要求的镍铝合金丝产品。同时，镍铝合金丝制备的工艺方法亦需进一步作相应改进。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种高品质镍铝合金丝及其生产方法，按照所述生产方法，能够生产出高结合强度、高防腐蚀性能、高耐磨性能、高拉伸强度、高沉积效率、高均匀光洁外观、宽使用领域、低设备要求的高品质热喷涂打底镍铝合金丝产品。

本发明的目的是通过以下技术解决方案来实现的：

一种镍铝合金丝，其特征在于，其组份及成分重量配比包括：铝3％～7％、锰0.12％～0.18％、海绵钛0.12％～0.18％、稀土0.12％～0.18％，余量为镍。

所述稀土为镧、铈化合物。

一种镍铝合金丝的生产方法，其特征在于，合金的成分重量配比包含铝3％～7％、锰0.12％～0.18％、海绵钛0.12％～0.18％、稀土0.12％～0.18％，余量为镍。

本发明上述镍铝合金丝的生产方法，其生产工艺包括以下工序：

(1)配料：按镍铝合金丝的组份配备原料；

(2)熔炼：采用中频真空感应炉，过程如下：

①将金属镍置于坩埚中，铝、锰、海绵钛和稀土置于加料器中；

②抽真空，炉内真空度要达到6.67×10^-2千帕以下；

③送电加温，其熔化温度1420℃～1600℃，时间约0.2小时～1小时；

④待金属镍化尽，通氩气，使炉内压力不小于50千帕；

⑤搅拌合金液，并分别加入铝、锰和海绵钛等，最后加入稀土；

⑥待所加料化尽，搅拌合金液，并加入1％～2％脱氧剂脱氧；

⑦停电降温；

⑧送电保温至浇铸温度1200℃～1450℃，浇铸镍铝合金坯锭；

(3)锻压：用空气锻压机，将镍铝合金坯锭锻打成方坯。

(4)热轧：用轧机把方坯热轧成直径φ7.0mm～9.0mm的盘条。

(5)粗拉：用拉丝机将盘条先拉制成φ4.0mm以下的合金丝坯料，

(6)热处理：采用中温井式电炉退火，温度为930℃～980℃，保温时间3小时。

(7)煮洗：去除镍铝合金丝坯料表面的氧化皮，步骤如下：

①碱煮：温度600℃～700℃，时间5分钟～10分钟，碱液配方为：百分比浓度70％的氢氧化钠65％～75％，百分比浓度55％的硝酸钠25％～35％；

②酸洗：在酸洗池中，用酸洗液进行浸泡酸洗，时间30分钟～80分钟，酸洗液的配方为：硫酸20％～24％，硝酸6％～9％，氢氟酸2％～3％，余量为水；

③酸洗出缸后用清水冲洗。

(8)精拉：在拉丝机上精拉，采用高精度聚晶模(高晶模)，并使用特种润滑剂润滑。所述特种润滑剂配方为：二硫化钼7％～9％，石墨2％～4％，石蜡88％～90％；

(9)检验：按技术要求对精拉成的镍铝合金丝成品进行检验。镍铝合金丝成品的主要性能指标如下：结合强度＞55Mpa，硬度＞HRC38，抗拉强度＞1200Mpa，伸长率＞26％，空隙率＜2.8％，外观均匀光洁。

如上所述的本发明工艺方法，充分兼顾到了各方面的因素，既十分注意科学性、技术性，也非常重视经济性、实用性；既十分注重产品的内在性能，也非常讲究产品的外观质量。因此，本发明工艺方法产生了较为理想的工艺效果。通过本发明的工艺方法，金属热喷涂镍铝合金丝实心丝材产品高品质的优越性能得到了保证，其特点为：产品属新型独特和科学合理配方的新产品，不仅具有突出的内在品质，同时也具备优良的外观质量；产品在使用中，与基体的结合强度高，防腐蚀性能好，应用范围广，使不易使用金属热喷涂技术的零部件也可以采用热喷涂技术处理，且金属材料利用率高，施工时对设备的要求低；在生产和使用中，均能做到操作方便、提高工效、减少污染、节约成本。

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优先实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例是仅作为例子给出的。

附图说明

图1为本发明工艺方法步骤的过程示意图。

具体实施方式

本发明实施例生产工艺步骤过程：

(1)配料

原料成分重量配比：按镍95％、铝4.55％、锰0.15％、海绵钛0.15％、稀土0.15％配备原料；

本发明改变现有镍铝合金丝较为单纯的配方，在配方中加入微量元素，特别是加入稀土元素，对于提高产品的性能具有非常重要的作用。同时，上述配料中，各种成分的配比也十分重要。在镍基合金中加入铝和钛元素，能够提高镀层和基体的结合强度。铝元素具有较强的自钝化作用，因此能提高镀层的表面质量和抗腐能力。钛元素具有强度高、耐蚀性好、耐热性高的特点，氧化物的耐磨性好。锰元素耐磨、坚韧，在镀层中产生一层非晶体的抗蚀氧化物，也具有优良的耐蚀性，焊接时还是良好的脱氧剂。稀土元素的化学活泼性强，它可与合金中的许多元素形成金属间化合物，它们在高温下十分稳定，硬度高且呈网状分布于晶界，可阻碍蠕变滑移，因而起到了高温强化的作用。稀土元素的加入还有利于改善镀层与基体的结合强度，镀层表面致密度明显增大。同时，加入稀土元素可以使镀层耐磨性能也得到明显改善，稀土元素可提高耐磨性达1～4倍。稀土元素还能抑制镍、铝与镀层基体的生成面，增大了镍、铝的沉积附着。另外，有研究发现，加入混合稀土化合物的效果优于单一稀土化合物。本实施例选用镧、铈稀土化合物，镧元素能够明显改善镀层的耐蚀性，铈元素能提高抗氧化性和可焊性。镍铝合金丝配料中组分的配比需适度，微量元素对提高镀层性能有重要作用，但用量过多对性能的提高也不特别明显，却加大了成本。铝具有较好的延展性，而铝含量过高，则合金固溶体中析出较多的ε相，影响加工性能。

本实施例的配料选用1#镍板(GB6516-86)，00#铝锭(GB/T1196-2002)，锰片，海绵钛，镧、铈稀土化合物等按企业标准，根据成分比例配料。

(2)熔炼

熔炼是保证产品质量的关键工序。在熔炼中，要尽可能的减少镍铝合金的氧化，提高合金成分特别是微量元素的收率，确保成分稳定与可靠。因此，熔炼采用2500赫兹(Hz)中频真空感应炉，过程如下：

①将金属镍置于坩埚中，铝、锰、海绵钛和稀土置于加料器中；

②抽真空，炉内真空度要达到6.67×10^-2千帕；

③送电加温，其熔化温度1500℃，时间约0.5小时；

④待金属镍化尽，通氩气，使炉内压力达50千帕；

⑤搅拌合金液，并分别加入铝、锰和海绵钛等，最后加入稀土；

⑥待所加料化尽，搅拌合金液，并加入1.5％脱氧剂脱氧；

⑦停电降温；

⑧送电保温至浇铸温度1400℃，浇铸镍铝合金坯锭；

本发明以CaO坩埚先熔化镍，而钛以合金料形式加入，从而减少了钛与坩埚的反应。以金属钙或其他脱氧剂脱氧，并抽真空，以达到脱氧除气的目的。同时，高压浇铸以消除铸锭内外的气孔缺陷。通过真空感应熔炼，可生产出化学成分合格、杂质含量低、质量优良的镍铝合金坯锭。同时，在能够确保产品优良质量的前提下，优化、简化熔炼工艺步骤，充分兼顾工艺过程经济合理的实用性。

(3)锻压

用750公斤(Kg)空气锻压机，将镍铝合金坯锭锻打成45mm方坯。

(4)热轧

用250#轧机把方坯热轧制成直径φ8.0mm的盘条。

(5)粗拉

用550型变速箱拉丝机将盘条先拉制成φ3.0mm以下的合金丝坯料，再用250型变速箱拉丝机拉制成φ2.5mm的合金丝坯料。

(6)热处理

热处理的目的在于改善镍铝合金丝坯料的微细晶粒组织及延展性，严格控制热处理工艺参数，能使合金材质均匀化，具备良好的加工塑性，增强合金的拉拔性能，以利于后道进一步加工。

本实施例热处理采用中温井式电炉退火，退火温度为950℃，保温时间3小时。

(7)煮洗

经过热处理工序后，在坯料外表产生了氧化皮。氧化皮的存在，直接影响到镍铝合金丝产品电弧喷涂的防腐蚀性能。通过高温煮洗是要去除镍铝合金丝坯料表面的氧化皮。步骤如下：

①碱煮：可使金属表面不溶性氧化物成为可溶性氧化物而被清除，碱煮温度650℃，时间5分钟，本实施例碱液配方为：百分比浓度70％的氢氧化钠70％，百分比浓度55％硝酸钠30％；

②酸洗：相对碱性而言，酸性对铝腐蚀性较微弱，在酸洗池中，用酸洗液进行浸泡酸洗，时间50分钟，以中和合金丝坯料表面残留的碱液，对碱煮之后剩下的中层金属氧化物，连同尚未除掉的表层金属氧化物加以清除，保持表面光泽，本实施例酸洗液的配方为：硫酸22％，硝酸7.5％，氢氟酸2.5％，余量为水，酸洗速度快，也避免基体发生过腐蚀，加入硝酸为抑制侵蚀并具有浸润作用。

③酸洗出缸后及时大水量清水冲洗。

(8)精拉

通过精拉工序，便可以得到成品规格的镍铝合金丝，同时，精拉也是保证产品外在质量的关键工序。因此，精拉工序对于产品内在、外在质量十分重要。为此，本实施例在拉丝机上精拉，采用高晶模，同时采用特种润滑剂润滑，可确保合金丝材均匀，表面无擦伤，外观光洁，使产品兼备优良的内在和外观质量。

本实施例所述特种润滑剂配方为：二硫化钼8％，石墨3％，石蜡89％。

(9)检验

按技术要求对精拉成的镍铝合金丝成品进行检验，镍铝合金丝成品的主要性能规格指标如下：结合强度＞55Mpa，硬度＞HRC38，抗拉强度＞1200Mpa，伸长率＞26％，空隙率＜2.8％，丝材均匀，表面光洁。

本发明贯彻技术先进性和实施经济性并重、产品内在和外在质量并重的工艺思想，在生产和使用中，产生了能兼顾到各个方面因素的理想效果。本发明通过合理的原料配方、科学的工艺方法、专门的制作设备，生产出品质优良的镍铝合金丝产品，其外观均匀光洁，内在性能优良，非常适合零部件的表面防腐以及修复，特别对于恶劣环境下以及高档次或高性能要求的零部件，其表面热喷涂处理优越的内在性能更为显著，产品喷涂的沉积效率高，与基体的附着性好，抗化学、高热腐蚀能力强，硬度高，耐磨性能好，具有广泛的应用领域，对设备要求低，使用便捷，工效高，污染小，成本节约。

上述实施例只作为说明之例，并不是对本发明所作的限定。本发明还可以有其他原辅料的配方、实施方式、步骤及设备，在此不一一冗述。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1、一种镍铝合金丝，其特征在于，其组份及成分重量配比包括：铝3％～7％、锰0.12％～0.18％、海绵钛0.12％～0.18％、稀土0.12％～0.18％，余量为镍。

2、根据权利要求1所述的镍铝合金丝，其特征在于，所述稀土为镧化合物和铈化合物的混合物。

3、根据权利要求1所述的一种镍铝合金丝的生产方法，其生产工艺包括以下工序：

(1)配料：按镍铝合金丝的组份配备原料；

(2)熔炼：采用中频真空感应炉，过程如下：

①将金属镍置于坩埚中，铝、锰、海绵钛和稀土置于加料器中；

②抽真空，炉内真空度要达到6.67×10^-2千帕以下；

③送电加温，其熔化温度1420℃～1600℃，时间约0.2小时～1小时；

④待金属镍化尽，通氩气，使炉内压力不小于50千帕；

⑤搅拌合金液，并分别加入铝、锰和海绵钛等，最后加入稀土；

⑥待所加料化尽，搅拌合金液，并加入1％～2％脱氧剂脱氧；

⑦停电降温；

⑧送电保温至浇铸温度1200℃～1450℃，浇铸镍铝合金坯锭；

(3)锻压：用空气锻压机，将镍铝合金坯锭锻打成方坯；

(4)热轧：用轧机把方坯热轧成直径φ7.0mm～9.0mm的盘条；

(5)粗拉：用拉丝机将盘条先拉制成φ4.0mm以下的合金丝坯料；

(6)热处理：采用电炉退火，退火温度为930℃～980℃，保温时间2.5小时～4小时；

(7)煮洗：去除镍铝合金丝坯料表面的氧化皮，步骤如下：

①碱煮：温度600℃～700℃，时间5分钟～10分钟，碱液配方为：百分比浓度70％的氢氧化钠65％～75％，百分比浓度55％的硝酸钠25％～35％；

②酸洗：在酸洗池中，用酸洗液进行浸泡酸洗，时间30分钟～80分钟，酸洗液的配方为：硫酸20％～24％，硝酸6％～9％，氢氟酸2％～3％，余量为水；

③酸洗出缸后用清水冲洗；

(8)精拉：在拉丝机上精拉，采用高晶模，并使用特种润滑剂润滑。所述特种润滑剂配方为：二硫化钼7％～9％，石墨2％～4％，石蜡88％～90％；

(9)检验：按技术要求对精拉成的镍铝合金丝成品进行检验，镍铝合金丝成品的主要性能指标如下：结合强度＞55Mpa，硬度＞HRC38，抗拉强度＞1200Mpa，伸长率＞26％，空隙率＜2.8％，外观均匀光洁。

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