CN101928909A

CN101928909A - 一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法

Info

Publication number: CN101928909A
Application number: CN2010102143641A
Authority: CN
Inventors: 邵慧萍; 石永亮; 郭志猛; 林涛; 王文琴
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: CN101928909B

Abstract

一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，属于表面工程中热喷涂涂层制备领域。原料粉成分为：Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量。将混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉；然后利用爆炸喷涂设备先喷涂一层MCrAlY的过渡层，然后再将制备好的铌钛铝粉体喷涂上去；然后将制备好的工件进行热处理600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h；最终得到铌钛铝耐高温涂层。本方法制备的涂层的致密度高、氧化夹杂少、表面质量好，并且设备和工艺简单，使生产成本大幅度降低。

Description

一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法

技术领域

本发明涉及一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，属于表面工程中热喷涂涂层制备领域。

技术背景

铌钛铝基合金的使用温度达到900℃以上，同时具有良好的抗氧化性能，密度小、晶体结构简单和易于控制显微组织而改善性能的优点，高铌钛铝合金的应用将开辟航空航天、船舰、汽车等重要领域的新发展，使现有装备得到突破性发展。铌钛铝合金的缺点就是脆性高。

发明内容

本发明的目的在于通过爆炸喷涂制备涂层的方式，使涂层和基体能优势互补，解决铌钛铝合金的脆性问题，发挥复合材料的优异性能。

一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，该技术首先是按一定成分配好的粉末进行高能球磨机械合金化，并对粉体进行等离子球化处理，将制备好的球形粉用爆炸喷涂工艺制备成涂层，并对涂层进行热处理，具体工艺如下：

1、铌钛铝复合粉的制备：按照占总体的原子百分比分别加入30at％～60at％的Al粉(纯度为99.9％，平均粒度为20～150μm)、1at％～15at％的Nb粉(纯度为99.9％，平均粒度为20～100μm)、0.1at％～5at％的B粉(纯度为99.999％，平均粒度为0.7μm)、0.1at％～5at％的Cr粉(纯度为99.9％，平均粒度为50μm)、0.1at％～5at％的Y粉(纯度为99.9％，平均粒度为50μm)、Ti粉余量(纯度为99.9％，平均粒度为50～200μm)。将混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉。

2、基体的预处理：待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在30～120℃，然后喷砂处理，最终得到基体的粗糙度在Ra0.1～20。

3、涂层的制备：将待喷涂的粉末60～100℃烘焙1～10小时，调节爆炸喷涂的工艺参数：O₂/C₂H₂流量比：0.1～10(流量单位：m³/h)，N₂流量为0.1～10m³/h，喷涂距离为100～200mm，送粉量为5～100g/min。先喷涂打底层(MCrAlY或Ni包Al)厚度为0.1～10mm，再喷涂铌钛铝层厚度为0.1～10mm。

4、热处理：将制备好的式样放入热处理炉中，600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h。

爆炸喷涂是利用突发爆发的热能加热融化喷涂材料，并利用爆炸冲击波产生的高压把熔粒高速喷射到金属基体表面形成涂层，形成涂层结合强度高，空隙率低。

本项目提出用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层，一方面爆炸喷涂过程中产生爆轰波能得到4200℃，能够使高熔点的粉体熔化，并且促进元素的化合反应进行。另一方面爆炸喷涂能将熔融粉体加速到700～1500m/s，使得熔融颗粒撞击基体能够充分铺展变形，从而能够得到高致密度的涂层。

本发明提出了爆炸喷涂制备技术，与其它涂层制备技术相比，其优点在于：

1、与等离子喷涂和超音速喷涂技术相比，爆炸喷涂的温度低、速度高，即能减少金属粉末的氧化和低温元素的烧损，又能得到其他喷涂方式无法比拟的高致密度涂层；

2、爆炸由于间歇式的工作特性，该工艺对基体的温度影响非常小，对精密零部件和低熔点材料的表面喷涂特别实用。

3、该技术设备简单，成本低，可以制备大尺寸、复杂零件表面涂层。

具体实施方式

实施实例1：大面积平板材料(500mm×500mm，厚度10mm)表面涂层制备。

1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成Ti-41Al-9.0Nb-0.3B-0.2Cr-0.2Y(at％，原子分数)成分的混合粉，在高纯氩气环境下高能球磨30h，球料比为10∶1，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在140～325目的的铌钛铝复合粉。

2、待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在80℃，然后喷砂处理(喷砂粒度为46^#)，最终得到基体的粗糙度为Ra5±；

3、称取409.1g粒度为140～325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80℃烘焙1h；

4、称取818.2g制备好的球化铌钛铝粉放入烘箱中80℃烘焙2h；

5、喷枪的工艺参数设定：喷涂距离175mm，喷枪位移50mm/min，一道喷枪下移10mm，O₂/C₂H₂流量比：1.1(O₂流量1.1m³/h，C₂H₂流量1.0m³/h)，O₂压力：0.3MPa，C₂H₂压力：0.1MPa；

6、喷涂烘焙好的MCrAlY粉体，送粉克数7～7.5g/min，整体喷涂6遍，厚度0.15mm；

7、喷涂烘焙好的铌钛铝粉体，送粉克数5～6g/min，整体喷涂14遍，厚度0.35mm；

8、将制备好的平板，放入热处理炉中930℃保温2h，升温降温速度45℃/h。

实施实例2：圆柱形状材料(φ150×1000mm)的表面涂层制备。

1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成Ti-49Al-4Nb-0.5B-1Cr-0.2Y(at％，原子分数)成分的混合粉，在高纯氩气环境下高能球磨30h，球料比为10∶1，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在140～325目的的铌钛铝复合粉。

3、称取840g的140～325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80℃烘焙1h；

4、称取1680g制备好的球化铌钛铝粉放入烘箱中80℃烘焙2h；

5、喷枪的工艺参数设定：喷涂距离175mm，喷枪位移50mm/min，圆柱工件的转速为11秒/转，O₂/C₂H₂流量比：1.1(O₂流量1.0m³/h，C₂H₂流量1.0m³/h)，O₂压力：0.3MPa，C₂H₂压力：0.1MPa；

8、将制备好的平板，放入热处理炉中920℃保温2h，升温降温速度45℃/h。

Claims

1.一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征包括以下工艺步骤：

(1)铌钛铝复合粉的制备：原料粉体的原子百分比为：Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量；将原料混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉；

(2)基体的预处理：待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在30～120℃，然后喷砂处理，最终得到基体的粗糙度在Ra0.1～20；

(3)涂层的制备：将待喷涂的粉末60～100℃烘焙1～10小时，调节爆炸喷涂的工艺参数：O₂/C₂H₂流量比：0.1～10、流量单位：m³/h，N₂流量为0.1～10m³/h，喷涂距离为100～300mm，送粉量为5～500g/min；先喷涂打底层厚度为0.1～10mm，再喷涂铌钛铝层厚度为0.1～10mm；

(4)热处理：将制备好的式样放入热处理炉中，600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h。

2.如权利要求1所述利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征在于所述Ti粉质量纯度为99.9％，平均粒度为50～200μm；Al粉质量纯度为99.9％，平均粒度为20～150μm；Nb粉质量纯度为99.9％，平均粒度为20～100μm；B粉质量纯度为99.999％，平均粒度为0.7μm；Cr粉质量纯度为99.9％，平均粒度为50μm；Y粉质量纯度为99.9％，平均粒度为50μm。

3.如权利要求1所述利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征在于涂层的打底材料为MCrAlY或Ni包Al。