CN101003086A - 一种Cr3C2－NiCr复合粉末制备技术 - Google Patents

Abstract

一种Cr₃C₂－NiCr复合粉末制备技术，将镍铬合金，合金成分(重量比)为Ni70～80％、Cr10～20％、Si≤5％、B≤5％、Fe≤5％，合金含量为15～50％与碳化铬按重量比例进行混料，通过搅拌制粒或喷雾干燥制粒方法，制备成为球形的Cr₃C₂－15～50％NiCr复合粉末颗粒，再通过烧结工艺进行致密化，经破碎、机械筛分后，成为烧结态Cr₃C₂－15～50％NiCr复合粉末。本发明工艺流程简单，生产效率高，粉末松装密度大、流动性好，能满足高性能热喷涂涂层对粉末原料的要求。

Description

一种Cr3C2-NiCr复合粉末制备技术

技术领域

本发明涉及Cr₃C₂-NiCr复合粉末材料的制备方法，属于热喷涂材料技术领域。

背景技术

目前，采用热喷涂工艺制备的镍铬/碳化铬涂层具有优异的抗热腐蚀性、高温耐磨损性、抗热震性、抗微动磨损性及冲蚀磨损性。广泛应用于航空、航天、机械、冶金、石油、船舶等部门各类零部件表面的抗磨损涂层。如燃气涡轮发动机密封、核部件、柴油发动机部件、涡轮发动机叶片、炉内辊、高温阀门座、化工装置、锅炉热交换管、汽轮机部件等表面防护。

在镍铬/碳化铬热喷涂涂层的制备过程中，是以Cr₃C₂-NiCr复合粉末为原料进行涂层的制备。普通的Cr₃C₂-NiCr制备方法有混合法、包覆法、烧结破碎法和团聚烧结法。(一)混合法：是将Cr₃C₂与NiCr合金两种粉末直接混合成粉末，粉末形貌保持为原材料的不规则状态，流动性差。(二)包覆法：是指在高压釜装置中通过还原反应将Ni、Cr包覆到Cr₃C₂粉末表面，形成Ni-Cr包覆Cr₃C₂粉末，该方法工艺复杂，生产效率低，颗粒形貌以Cr₃C₂粉末的棱块状为主。(三)烧结破碎法是将混合后的Cr₃C₂-(15～50％)NiCr粉末压制成型，在高温下烧结后形成致密块体材料，破碎后形成粉末。(四)团聚法：将Cr₃C₂与NiCr合金粉末通过有机粘结剂在机械搅拌下团聚成颗粒，但团聚制粒工艺过程烦琐，不能大批量生产，所制备的粉末形貌也较为粗糙，有机粘合剂的存在也使在喷涂过程中在涂层内形成夹渣或气孔。

发明内容

本发明目的是：提出一种热喷涂用烧结态Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备方法，使粉末具有较高的致密度和压溃强度，较好的流动性。提高了粉末生产效率和喷涂性能，所制备的粉末颗粒粉末具有良好的球形度、并能保证相对完整的粉末冶金组织。

本发明技术解决方案是：一种热喷涂用烧结态Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，将镍铬合金(合金成分为Ni70～80％、Cr10～20％、Si≤5％、B≤5％、Fe≤5％，合金含量为15～50％)与碳化铬按重量比例进行混料，通过搅拌制粒或喷雾干燥制粒方法，制备成为球形的Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末颗粒，再通过烧结工艺(真空烧结、氮气或氩气气氛保护下烧结)进行致密化，经破碎、机械筛分后，成为烧结态Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末。上述镍铬合金的比例中，一般而言Si≥0.001％、B≥0.001％、Fe≥0.001％。本发明的比例均为重量比。

本发明采用团聚制粒或喷雾干燥制备Cr₃C₂-(15～50％)NiCr粉末颗粒。团聚制粒采用聚苯乙烯或酚醛树脂作为增稠剂或粘合剂，在高速机械搅拌下分散成粉末颗粒。喷雾干燥工艺采用聚乙烯醇或黄原胶类(增稠剂)粘合剂制成流动性液浆，通过喷嘴或雾化盘分散成球形粉末颗粒。

在烧结过程中采用高温烧结工艺使粉末致密化，Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末显微组织结构为镍铬合金(NiCrBSiFe)与碳化铬(Cr₃C₂)陶瓷相冶金结合状态；高温烧结工艺条件是：在真空或Ar、N₂气氛保护下，烧结温度为1000～1600℃，烧结时间为1～8小时。经机械破碎、筛分后形成一定粒度的Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末，粒度可以几十目到几百目之间任选。

团聚或喷雾干燥制粒方法制备Cr₃C₂-(15～50％)NiCr颗粒，然后通过高温烧结工艺使粉末致密化，破碎筛分后形成烧结态Cr3C2-(15～50％)NiCr复合粉末。团聚或喷雾干燥工艺在制粒过程中的应用，提高了粉末制粒工艺的生产效率和粉末流动效果，粉末具有良好的球形度、流动性和适当的粒度范围，为随后高温烧结过程的顺利进行提供了保证。同时，球形粉末在烧结过程中颗粒间的接触面积小，颗粒间形成的烧结骨架连接直径也较小，随后的破碎过程容易进行，并能保证相对完整的粉末形貌。

本发明的有益效果是，采用团聚或喷雾干燥制粒工艺制备Cr₃C₂-(15～50％)NiCr颗粒，高温烧结后得到烧结态Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末，提高了粉末球形度和复合粉末生产效率，使粉末的热喷涂性能更加优异，如较高的沉积效率、较好的涂层均匀性、为高性能热喷涂工艺(如爆炸喷涂、高能等离子喷涂、超音速火焰喷涂等)提供最佳的粉末喷涂材料。

附图说明

图1是喷雾干燥工艺制备的Cr₃C₂-25％NiCr复合粉末形貌。

图2是N₂气保护高温烧结后Cr₃C₂-25％NiCr复合粉末形貌。

具体实施方式

(一)将Cr₃C₂粉末(粒度1～10μm)和镍铬合金粉末(粒度1～30μm)按本发明所述的一定重量百分比混合。即Cr₃C₂-(15～50％)NiCr无明显区别。

(二)喷雾干燥制粒：采用聚乙烯醇或黄原胶类(增稠剂)作为粘合或增稠剂，粉末、粘合剂和水按比例2～4∶1∶1～3制成浆料，喷雾干燥进口温度为100～400℃，出口温度为室温～200℃，喷雾塔内负压为0～-500Pa。雾化转速为900～5000rpm。

团聚制粒：聚苯乙烯或酚醛树脂作为粘合剂(一定溶剂下)，加入混合粉末中，在高速机械搅拌下分散成粉末颗粒。

(三)喷雾干燥或团聚制粒后的粉末装入石墨或氧化铝坩埚内，在真空或Ar、N₂气氛保护下烧结，烧结温度为1000～1600℃，烧结时间为0.5～8小时。图中样品的烧结温度为1100℃左右，烧结时间为2小时左右，上述工艺范围无显著区别。

(四)将烧结后的料坯块体用破碎机初破成粗颗粒粉末，然后通过(涡轮等)气流破碎分级机进行破碎、筛分，形成一定粒度的Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末。粉末喷雾干燥制粒和N₂气保护烧结后Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末的表面形貌，见附图1、2。

参见图1、2中Cr₃C₂-25％NiCr，与Cr₃C₂-(15～50％)NiCr的配比范围无明显区别。

本发明提高了Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末球形度和生产效率，使粉末的热喷涂性能更加优异，如较高的沉积效率、较好的涂层均匀性、为高性能热喷涂工艺(如爆炸喷涂、高能等离子喷涂、超音速火焰喷涂等)提供最佳的粉末喷涂材料。

Claims (8)

1、一种Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是将镍铬合金，合金成分(重量比)为Ni70～80％、Cr10～20％、Si≤5％、B≤5％、Fe≤5％，合金含量为15～50％与碳化铬按重量比例进行混料，通过搅拌制粒或喷雾干燥制粒方法，制备成为球形的Cr₃C₂-15～50％NiCr复合粉末颗粒，再通过烧结工艺进行致密化，经破碎、机械筛分后，成为烧结态Cr₃C₂-15～50％NiCr复合粉末。

2、根据权利要求1所述Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：镍铬合金成分为Ni75～80％、Cr15～20％、Si≤2％、B≤2％、Fe≤1％，合金在复合粉末中的总含量在15～50％之间变化。

3、根据权利要求1所述的Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：粒度1～10μm的Cr₃C₂粉末和粒度1～30μm的镍铬合金粉末按所述重量百分比混合。

4、根据权利要求1所述Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：团聚制粒工艺采用聚苯乙烯或酚醛树脂作为粘合剂，加入混合粉末中，在高速机械搅拌下分散成粉末颗粒。

5、根据权利要求1所述Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：喷雾干燥制粒工艺采用聚乙烯醇或黄原胶类作为粘合或增稠剂，粉末、粘合剂和水按比例2～4∶1∶1～3成浆料，喷雾干燥进口温度为100～400℃，出口温度为室温～200℃，喷雾塔内负压为0～-500Pa。

6、根据权利要求1所述Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：喷雾干燥或团聚制粒后的粉末装入石墨或氧化铝坩埚内，真空烧结、氮气或氩气气氛保护下烧结，烧结温度为1000～1600℃，烧结时间为0.5～8小时。

7、根据权利要求1所述Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：将烧结后的料坯块体用破碎机初破成粗颗粒粉末，然后通过气流破碎分级机进行破碎、筛分，形成Cr₃C₂-15～50％NiCr复合粉末。

8、根据权利要求1所述Cr₃C₂-NiCr复合粉末制备技术，其特征是：提高了Cr₃C₂-(15～50％)NiCr复合粉末球形度和生产效率，使粉末的热喷涂性能更加优异，如较高的沉积效率、较好的涂层均匀性、为高性能热喷涂工艺(如爆炸喷涂、高能等离子喷涂、超音速火焰喷涂等)提供最佳的粉末喷涂材料。

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