CN1007734B - 结合层用喷涂材料 - Google Patents

Abstract

本发明属于自结合喷涂材料，特别适合用作紫铜或高铜合金基体的结合层。本发明的喷涂材料是成份为Ni15.3-36.9%，Cr4-8.5%，Ai6-13%(重量%)，其余为铜的线材。其中铜的含量大于镍的含量。线材由组份中的一种金属的外皮和其它金属粉末混合的芯体组成。该喷涂材料除了可与紫铜和高铜合金形成自结合涂层外，同时也适用于一般钢材、黄铜、青铜等基体。

Description

本发明属于自结合喷涂材料，特别适合用作铜及高铜合金基体的结合层。

为保证火焰喷涂层与基体牢固的冶金结合，基体表面必须经过特殊处理，如清除表面脏物、油脂，然后进行表面粗糙化处理等。对于一些与涂层结合不牢的基体，或者经喷砂或机械粗化处理会变形的较薄的基体，则必须先喷涂一层结合底层后，才能再喷涂所需要的工作层。

目前应用的自结合底层喷涂材料有Mo丝、Ni/Al丝、Ni/Al粉、铝包镍粉、Ni-Cu/Al粉、Ni-Cr-Al-Cu粉等。它们都能与普通钢材、不锈钢、镍及镍合金、黄铜、青铜等形成自结合底层。但都不能与紫铜及高铜合金形成自结合底层。

典型成分为Cu-10%Al（重量）的铝包铜复合粉是一种自结合喷涂材料（METCO    Technical    Bulletin，1978.12.8版本），它能与钢材、黄铜、青铜形成自结合，但不能与紫铜基体形成自结合。

GB2073248A中提出的热喷涂结合涂层用的粉末涂层材料的成份为Al2～30%，Cr2～25%，Si0～8%，B0～4%，Fe0～6%，其余为Cu或Ni或（Cu+Ni）。该粉末涂层材料作为钢基体的结合层具有很好的粘附力，且抗海水腐蚀，能承受机加工;但粉末颗粒在喷涂过程中容易飞散，不能完全反应生成所要求的相，又容易氧化产生大量烟雾，既难以保证涂层质量，又严重污染环境。而且这种粉末材料不能作为紫铜和高铜合金基体的自结合底层。

US3436248中提出的复合喷涂线。它是在一种组份的金属外套内装 入另一组份的金属粉末，或者两种粉末的混合物，经旋锻或拉拔而成。外套管金属的熔点低于芯材金属的熔点。还可将几种组份的粉末加适当粘结剂成整体后直接加工成线。线材喷涂时，可使各元素充分参与反应。但这种成份的线材不能用于紫铜或高铜合金的自结合底层。

本发明的目的是要设计一种自结合底层喷涂材料，它能与紫铜和高铜合金形成自结合涂层，同时也适用于一般钢材、黄铜、青铜等基体。

本发明的另一目的是设计的喷涂材料，在喷涂过程中烟雾少，涂层的氧化夹杂少，能减少环境污染，提高喷涂质量。

要使涂层与基体间有足够的结合强度必须正确选择合适的成分和状态。只有在喷涂过程中，各组份间发生放热反应产生足够的热量，使涂层与基体产生牢固结合的材料才适合做自结合喷涂材料。为了减少喷涂过程中涂层粒子的氧化及涂层粒子能完全参与反应，从喷枪喷出的涂层粒子到达基体时有足够的温度，在涂层与基体之间，涂层内部的粒子之间产生良好的结合，应采用线材。本发明提出的喷涂材料是一种含Ni15-39%，Cr3-15%，Al3-18%（重量百分比）其余为铜的线材，其中铜的含量大于镍的含量。可借助于在喷涂过程中镍铝、铜铝、铝铬之间形成化合物时所发生的放热反应保持粒子有足够的温度冲击到基体表面。线材由外套管和芯体组成，外套管为各组份中熔点较低的金属，芯体为组份中的其它金属粉末。

为得到更好的综合性能，材料的成份为Ni31-37%，Cr7.5-8.5%，Al6-11%（重量百分比），其余为铜。

为了便于加工，线材的外套管为铜，芯体为铬、铝、镍等粉末。

本发明中使用的各种粉末可以是喷涂材料常用的各种形状和尺寸的粉末，如果使用-80～160目的镍粉，-200目的铬粉，17微米的铝粉，其中有80%的球形粉则更好。

可用一般的轧、拉、旋锻等各种加工方法将棒坯制成线材。例如将充分混合均匀的镍、铬、铝粉末装入铜管内，两端用塞子塞住后直接旋锻，即可将线坯加工到所需尺寸。

本发明的喷涂丝特别适合做紫铜和高铜合金基体的结合底层，喷涂后涂层样片经90度弯曲不开裂，可以经受车加工，磨加工;涂层表面粗糙度高，可以与多种工作层如青铜、氧化铝陶瓷、银等结合。

本发明的喷涂丝也适合做钢、黄铜、青铜等其他基体的结合底层。

本发明的喷涂丝在喷涂过程中烟雾少，各组份能完全参与反应;涂层中喷涂材料的单质组份很少，涂层质量好。

图1是本发明的线材涂层的X射线相分析的衍射线。

图2是与本发明线材相同成份的粉末涂层的X射线相分析的衍射线。

图3是用本发明喷涂丝在紫铜基体上喷涂后，界面的铜、铬元素的浓度变化曲线。

图4是用本发明喷涂丝在紫铜基体上喷涂后，界面的铜、镍元素浓度变化曲线。

图5是用本发明喷涂丝在紫铜基体上喷涂后，界面的铜、铝元素浓度变化曲线。

图3～5中，1，2，3，4分别代表铜，铬，镍和铝的元素浓度变化曲线。

用下列实施例进一步说明本发明的实施和效果。

例一，用纯度为99.5%以上的镍粉（-80目），铬粉（-200目）铝粉（17微米），按36.9%Ni，7.6%Cr，11.5%Al（重量百分比）均匀混合后，装入Φ6X0.5毫米的退火紫铜管中，两端堵塞后，按每道次约16%的加工率旋锻，制成Φ3.0毫米的线材，最终经350℃退火10分钟。

本发明的喷涂丝使用氧乙炔喷丝枪，喷涂工艺参数为：空气压力0.55-0.6兆巴，氧气压力0.45-0.5兆巴，流量为0.8米³/小时;乙炔 气压力0.11-0.12兆巴，流量为0.9米³/小时;进丝速度为190-200毫米/分，喷涂距离为150-180毫米。

在本发明中使用的涂层的结合性能的测定方法如下：

1.涂层结合性能定性检验：

用1.5X30X80毫米的基体板材，喷涂0.2毫米厚度的涂层，然后将试片绕Φ10毫米的轴弯曲90度。

2.涂层结合强度定量检验：

用两段Φ35X40毫米的基体圆柱体，在其中一段的圆截面上喷涂层，另一段的圆截面上涂环氧型胶粘剂（2W-3），将这两个圆柱体对置粘接，然后在材料拉伸试验机上测定其拉开力，再计算其结合强度。选用的2W-3粘接剂的室温剪切强度≥300公斤/厘米²。

用该成份制成的喷涂丝，在紫铜、黄铜和低碳钢片上喷涂后，其结合性能可以通过定性检验而不开裂。与紫铜的结合强度为1.76-1.88公斤/毫米²，与黄铜的结合强度为1.8-2.3公斤/毫米²。为进一步说明本发明喷涂丝的效果，分别用本发明实施例成份的喷涂丝，相同成份的喷涂粉及Metco445对紫铜、黄铜及低碳钢基体作喷涂试验，各做三个试样，基体表面经除油和喷砂处理后，分别采用适合各种喷涂材料的喷涂工艺喷涂，结果见表1。

表1.几种喷涂材料在不同基体上的喷涂试验

Metco    445    Cu-36.9Ni-7.6    本发明的Cu-36.9

Cr-11.5Al-粉末    Ni-7.6Cr-11.5Al-线

基体

喷后    车光    喷后    车光    喷后    车光

低碳钢    三个试样均    能    全结合好    能    结合好    能经受

结合好    经受    经受

黄铜 三个试样均^-全结合好 三个全 结合好 能经受

结合好    脱落

一个试样涂    一个涂层脱    二个都    结合好    能经受

紫铜 层完全掉下^-落 脱落

二个试样涂    二个尚好

层已开缝

对本发明的该种成份的线材涂层与同成份的粉末涂层进行X射线相分析的结果见图1，2。从图中可以看出两者都具有主要相Ni₃Al，NiAl和Cu-Ni等固溶体。但粉末涂层中有较多的Cu₂O，Ni，Al相。这说明粉末涂层中氧化夹杂多，松散的铜粉在喷涂过程中容易氧化，而且由于各组份不能合理配置熔合，有较多的Ni和Al粉在喷涂中没有反应就飞到基体上，不能使涂层粒子有足够的热量，这必然影响涂层质量，三个样品都不能承受车加工，有的甚至在喷涂后马上整体脱落。

利用扫描电镜分析了本发明的线材涂层与铜基体界面的元素浓度变化曲线表明，线材中的各元素与基体间已有互扩散（见图3-5），证明喷涂后的涂层与基体间已形成显微冶金结合。

由于喷涂材料有自结合的特性，本发明的喷涂材料的涂层与未经粗化处理的清洁基体表面仍有较好的结合性能。

使用本发明喷涂材料作为青铜铸件的结合底层，喷涂Cu-10Al合金工作层，可承受机加工。

在不锈钢件上喷涂本发明材料的结合层后，再喷涂氧化铝工作层，涂层结合牢固。

例二，用例一中的相同的原料，按15.3%Ni，4%Cr，8.2%Al，其余为铜（重量%）的比例，将镍、铬、铝粉均匀混合后装入Φ9×0.9毫米的退火紫铜管中，用例一相同的工艺制成线材。

该线材用同样的喷涂工艺可在钢，青铜和紫铜基体上形成满意的结合层。

例三，用例一中相同的原料，按23%Ni，5.4%Cr，13%Al，其余为铜（重量%）的比例，用铜管作为外套管，按例一的工艺制成线材。该线材可用于高炉风口，渣口的结合底层。

Claims (2)

1、一种以铜为基含有镍、铬、铝的结合层用热喷涂材料，本发明的特征是所说的材料是由组份为15.3-36.9Ni，4-8.5Cr，6-13Al(重量%)，铜余量组成的线材，其中铜的含量大于镍的含量，线材由外套管和芯体组成，外套管是铜。

2、按权利要求1所说的结合层用热喷涂材料，其特征是所说的材料是由组份为23-36.9Ni，5.4-7.6Cr，8.2-11.5Al（重量%），余量为铜组成的线材。

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