CN102094163A - 一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热喷涂涂层材料领域，具体为一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末及其制备方法，解决腐蚀环境下材料腐蚀的问题。按重量百分比计，该热喷涂合金粉末的化学组成及杂质含量如下：Ni31.0-34.0；Cr24.5-26.5；Al5.0-6.5；Y0.4-0.8；[O]≤0.05；[N]≤0.015；C≤0.02；Fe≤0.2；Si≤0.1，Co余量。该热喷涂合金粉末由超声气体雾化技术制备，该热喷涂合金粉末粒度为30-74μm，该热喷涂合金粉末的流动性为≤25s/50g，松装密度为3.5-4.5g/cm3，该热喷涂合金粉末制备的涂层在25-700℃的平均热膨胀系数为(13.3-13.7)×10-6.K-1。该热喷涂合金粉末制备的涂层具有优异的低温(35℃)和高温(900℃)抗腐蚀性能。经过35℃×15天盐雾试验后，涂层无明显变化；经过900℃×120h高温腐蚀试验后，涂层腐蚀增重0.04-0.08mg/mm2。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂涂层材料领域，具体为一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末及其制备方法。
背景技术
发动机热端部件使用温度高，环境恶劣，现有合金材料难以满足要求，必须对其进行高温防护措施。而热障涂层具有良好的隔热、抗高温氧化性能，这大大提高了发动机的出口温度，对减少冷气量，提高工作效率和延长发动机的寿命做出了巨大贡献。
粘结底层处于热障涂层的基体与陶瓷面层之间，具有改善涂层和基体物理相容性、抗氧化和抗腐蚀性等多重功效。在氧化性环境中，粘结底层表面能否形成保护性氧化膜以及氧化膜的生长与破坏情况，在很大程度上决定了热障涂层的使用寿命。然而，在高温腐蚀环境下，涂层的抗腐蚀性能显得尤为重要。因此，有必要提供种抗腐蚀性优异的热喷涂合金粉末，以作为高温腐蚀环境下热障涂层的粘结底层材料，同时也提供一种抗腐蚀涂层材料，具有重要的工业应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末及其制备方法，该热喷涂合金粉末抗腐蚀性能优异，可以解决腐蚀环境下材料腐蚀的问题。
本发明的技术方案如下：
一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末，该热喷涂合金粉末的化学组成及杂质含量如表1所示。
表1热喷涂合金粉末的化学成分及杂质含量
一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，该热喷涂合金粉末由超声气体雾化技术制备。
本发明中，超声气体雾化是利用Hartman激波管原理使高压气体加速，并产生振荡频率为1-10万赫的脉冲气流，气流的流动速度为1.5-2.5马赫，该气流直接冲击液态金属流，使其雾化成微小的液滴，随后快凝成合金粉末。
本发明中，热喷涂合金粉末粒度为30-74μm。
本发明中，热喷涂合金粉末的流动性为≤25s/50g，松装密度为3.5-4.5g/cm3。
本发明中，热喷涂合金粉末采用现有的常压等离子喷涂工艺，具体参数如下：
主气压力0.5-0.7MPa，主气流量40-43L/min，次气压力0.3-0.4MPa，次气流量2.0-2.8L/min，电流500-520A，电压60-65V，送粉量19-25g/min，送粉气流量6-7L/min，喷涂距离120-130mm。
本发明的有益效果是：
1、采用本发明热喷涂合金粉末制备的涂层在25-700℃的平均热膨胀系数为(13.3-13.7)×10-6.K-1。
2、采用本发明热喷涂合金粉末制备的涂层具有优异的低温(35℃)和高温(900℃)抗腐蚀性能。经过35℃×15天盐雾试验后，涂层无明显变化；经过900℃×120h高温腐蚀试验后，涂层腐蚀增重0.04-0.08mg/mm2。
附图说明
图1为CoNiCrAlY合金粉末SEM形貌。
图2(a)-(b)为实施例1中35℃×15天盐雾试验前后，涂层样品照片。
图2(a)为盐雾试验前；图2(b)为盐雾试验后。
图3(a)-(b)为实施例2中35℃×15天盐雾试验前后，涂层样品照片。
图3(a)为盐雾试验前；图3(b)为盐雾试验后。
具体实施方式：
本发明中，CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：熔炼上述热喷涂涂层材料合金锭。
步骤2：采用超声气体雾化法将步骤1得到的合金锭制成粉末。本发明中，超声气体雾化是利用Hartman激波管原理使高压气体加速，并产生振荡频率为1-10万赫的脉冲气流，气流的流动速度为1.5-2.5马赫，该气流直接冲击液态金属流，使其雾化成微小的液滴，随后快凝成合金粉末。
步骤3：将步骤2制备的合金粉末分级。
步骤4：对步骤3得到的粉末进行流动性和松装密度测定。
步骤5：对步骤3制备的合金粉末进行化学成分及杂质含量分析。
步骤6：采用常压等离子喷涂技术将步骤3制备的合金粉末进行热膨胀系数及腐蚀试验样品制备。
本发明中，热喷涂合金粉末采用现有的常压等离子喷涂工艺，具体参数如下：
主气压力0.5-0.7MPa，主气流量40-43L/min，次气压力0.3-0.4MPa，次气流量2.0-2.8L/min，电流500-520A，电压60-65V，送粉量19-25g/min，送粉气流量6-7L/min，喷涂距离120-130mm。
步骤7：将步骤6制备的样品进行热膨胀系数和抗腐蚀性试验。
实施例1：
步骤1：使用真空感应炉熔炼喷涂材料合金锭，原料纯度不低于98wt％。配料按表2进行。
表2合金粉末配料表
步骤2：采用超声气体雾化法将步骤1得到的合金锭制成粉末。
步骤3：将步骤2制备的合金粉末分级，使粉末粒度为30-74μm(图1)。
步骤4：对步骤3得到的粉末进行流动性和松装密度测定，粉末的流动性为18.5s/50g，松装密度为4.1g/cm3。
步骤5：对步骤3制备的合金粉末进行化学成分及杂质含量分析。结果如表3所示。
表3热喷涂涂层材料的化学成分及杂质含量
步骤6：采用常压等离子喷涂技术将步骤3制备的合金粉末进行热膨胀系数及腐蚀试验样品制备。
步骤7：将步骤6制备的样品进行热膨胀系数和抗腐蚀性试验。该热喷涂涂层材料涂层热膨胀系数为13.6×10-6.K-1。经过35℃×15天盐雾试验后，涂层无明显变化(图2)；经过900℃×120h高温腐蚀后，涂层腐蚀增重为0.07mg/mm2。
实施例2：
步骤1：使用真空感应炉熔炼喷涂材料合金锭，原料纯度不低于98wt％。配料按表4进行。
表4合金粉末配料表
步骤2：采用气体雾化法将步骤1得到的合金锭制成粉末。
步骤3：将步骤2制备的合金粉末分级，使粉末粒度为30-74μm。
步骤4：对步骤3得到的粉末进行流动性和松装密度测定，粉末的流动性为18.7s/50g，松装密度为4.1g/cm3。
步骤5：对步骤3制备的合金粉末进行化学成分及杂质含量分析。结果如表5所示。
表5热喷涂涂层材料的化学成分及杂质含量
步骤6：采用常压等离子喷涂技术将步骤3制备的合金粉末进行热膨胀系数及腐蚀试验样品制备。
步骤7：将步骤6制备的样品进行热膨胀系数和抗腐蚀性试验。该热喷涂涂层材料涂层热膨胀系数为13.4×10-6.K-1。经过35℃×15天盐雾试验后，涂层无明显变化(图3)；经过900℃×120h高温腐蚀后，涂层腐蚀增重为0.06mg/mm2。
Claims (8)
1.一种CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末，其特征在于，按重量百分比计，该热喷涂合金粉末的化学组成及杂质含量如下：
Ni31.0-34.0；Cr24.5-26.5；Al5.0-6.5；Y0.4-0.8；[O]≤0.05；[N]≤0.015；C≤0.02；Fe≤0.2；Si≤0.1，Co余量。
2.按照权利要求1所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末，其特征在于，热喷涂合金粉末粒度为30-74μm。
3.按照权利要求1所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末，其特征在于，热喷涂合金粉末的流动性为≤25s/50g，松装密度为3.5-4.5g/cm3。
4.一种权利要求1所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于，该热喷涂合金粉末由超声气体雾化技术制备。
5.按照权利要求4所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于，超声气体雾化是利用Hartman激波管原理使高压气体加速，并产生振荡频率为1-10万赫的脉冲气流，气流的流动速度为1.5-2.5马赫，该气流直接冲击液态金属流，使其雾化成微小的液滴，随后快凝成合金粉末。
6.按照权利要求4所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于，热喷涂合金粉末采用常压等离子喷涂工艺，具体如下：
主气压力0.5-0.7MPa，主气流量40-43L/min，次气压力0.3-0.4MPa，次气流量2.0-2.8L/min，电流500-520A，电压60-65V，送粉量19-25g/min，送粉气流量6-7L/min，喷涂距离120-130mm。
7.按照权利要求6所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于，该热喷涂合金粉末制备的涂层在25-700℃的平均热膨胀系数为(13.3-13.7)×10-6.K-1。
8.按照权利要求6所述的CoNiCrAlY抗腐蚀热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于，该热喷涂合金粉末制备的涂层，经过35℃×15天盐雾试验后，涂层无明显变化；经过900℃×120h高温腐蚀试验后，涂层腐蚀增重0.04-0.08mg/mm2。
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