CN102162079A

CN102162079A - 一种热喷涂用低氧含量高收得率球形铝青铜合金粉末及制备方法

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Publication number: CN102162079A
Application number: CN2011100777806A
Authority: CN
Inventors: 任先京; 张淑婷; 于军; 杨永琦; 王辉; 马尧; 章德铭; 肖宁; 许根国
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co Ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明涉及了一种热喷涂用低氧含量高收得率球形铝青铜合金粉末及制备方法，其采用真空熔炼—惰气雾化方法制备铝青铜合金粉末，成分为：铝：1-20wt%，铁：0-5wt%，氧：≤120ppm，铜：余量；粒度为：25～124μm，主体在25～45μm范围内。25～124μm一次粉末收得率≥75%。采用该粉末制备的软支撑耐磨涂层硬度HR15T≥89，结合强度≥35MPa，氧化物含量为0.8~1.5wt%，孔隙率在8~11%之间。解决了粉末球形度差、一次粉末收得率低、涂层中氧化物含量及硬度超标等技术问题。该粉末可作为一种软质耐磨涂层材料以及铜铝/镍石墨封严涂层材料的原材料，粉末的热喷涂工艺适应性及涂层性能与采用传统铝青铜合金粉末相比，氧化物含量更低，涂层的性能更好。

Description

一种热喷涂用低氧含量高收得率球形铝青铜合金粉末及制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层材料。特别是涉及一种制备流程简单，涂层工艺过程易控制，喷涂质量稳定，综合制备成本较低的铝青铜涂层材料及涂层制备技术。

背景技术

铝青铜合金粉末由于其优异的物理性能、耐磨耐蚀性能等优点，己被广泛应用于电子、机械、化工、国防等诸多领域，例如，石油炼化设备、水利水电行业、船舶行业、航天航海行业等领域的金属表面防护和抗磨蚀零件等，对国民经济和科技发展起着重要的作用。特别是近年来，随着表面技术的快速发展，铝青铜合金粉末在表面处理工程如装饰、喷涂、耐磨耐蚀工件的防护、强化和修复等领域获得了广泛应用和发展。

早在上世纪20年代，国内外就开展了对铝青铜合金的研究，国外生产铝青铜合金粉末的工艺成熟，产品性能稳定，而目前国内生产铝青铜粉末主要采用气雾气冷法。与国外同类产品相比主要存在以下的差距：a)制备出的合金粉末多为椭球形，球形度差，流动性和松比偏低，不利于混合粉末的喷涂，往往导致涂层成分分布不均匀等问题；b)粉末性能偏低，粉末中氧及杂质含量较高，目前国内研制的铝青铜粗粉的氧含量一般都在800ppm以上，细粉在1000ppm以上（国外氧含量小于400ppm），阻碍了喷涂过程中粉末之间的冶金结合，导致涂层孔隙率较高；c)制备的铝青铜涂层结合强度较低；d）一次粉末收得率低，目前国内采用气雾气冷法制粉工艺一次粉末收得率约为40%。随着使用要求的提高，急需开展一种低氧含量、高收得率、球形铝青铜合金粉末的研制，以满足应用要求。

发明内容

为了克服在粉末制备过程中存在的上述不足，本发明提供了一种新型的热喷涂用铝青铜粉末，该粉末具有氧含量低，粉末收得率高和球形度好等特点，其制备出的涂层具有氧化物夹杂少，结合强度高等优点。

本发明首先提供了一种铝青铜涂层材料，其特征在于，该铝青铜涂层材料为球形铝青铜合金粉末，其成份为：铝：1-20wt%，铁：0-5wt%，氧：≤120ppm，铜：余量，其粒度为：25-124μm。其主体粒度为25-45μm，主体粒度指该粒度范围粉末占总量的50wt%以上。

制备本发明的铝青铜涂层材料的方法包括如下步骤：

1）取金属材料a）：铝：1-20wt % ，铁：0-5wt%，铜：余量；或取金属材料b）：含铝：1-20wt%，铁：0-5wt%，铜余量的铝铁铜合金；

2）将所选原料放入真空熔炼坩埚中；通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得铝青铜合金粉末；

3）进行筛分或分级，从而制备出粉末粒度在25-124μm范围内的铝青铜合金粉末。

其中选择金属材料a）时，原料的加料顺序为：首先放入少量铜，然后加入铁添加剂和铝，最后加入剩余铜，其中铁以含铁40-80wt%添加剂的形式加入。

其中采用了真空熔炼工艺和限制性、大雾化锥角的环缝式喷嘴（雾化锥角为45~75°时为大角度喷嘴）、低压惰性气体雾化的方法制备铝青铜合金粉末。具体工艺参数为：

（1）采用中频感应对气体雾化设备加热，升温至1000～1350℃，保温6～25分钟；

（2）雾化气体为氮气或氩气，雾化锥角为45~75°，雾化压力为1～2.2MPa。

本发明还提供了一种采用本发明的铝青铜涂层材料制备铝青铜涂层的方法，采用了等离子喷涂工艺，其制备铝青铜涂层的工艺参数为：弧电流≤550A；弧电压≤65V；氩气压力2.60~2.80MPa；氢气流量0.45~0.36L/min；送粉速度25~60g/min；喷涂距离100~140mm。其中氩气和氢气混合气为等离子气体，主要作用为生成等离子体。其中氩气为主气，氢气的加入主要是为了提高等离子弧电压。

采用本发明方法制备铝青铜合金粉末具有如下优点：

（1）制备出的合金粉末球形度好，流动性和松比高，一次粉末收得率≥70%；

（2）粉末中氧及杂质含量低，其中氧：≤120ppm，显著降低了涂层中氧化物含量及涂层硬度，使得涂层性能满足应用要求；

（3）采用该粉末制备的软支撑耐磨涂层硬度HR15T≥89，结合强度≥35MPa，氧化物在0.8-1.5wt%之间，孔隙率在8-11%之间，该软支撑耐磨涂层采用低压等离子喷涂工艺制备得到，其结合强度≥27MPa，硬度≤HV_0.1125，孔隙率≤0.5%，氧含量≤0.3wt%；

（4）该粉末可作为一种软质耐磨涂层材料以及铜铝/镍石墨封严涂层材料的原材料，粉末的热喷涂工艺适应性及涂层性能与采用传统铝青铜合金粉末相比，氧化物含量更低，涂层的性能更好。

附图说明

图1为本发明的铝青铜合金粉末制备工艺流程图；

图2为本发明粉末制备的加热方式和气氛控制制度；

图3是采用本发明制备的铝青铜形貌扫描电子显微镜SEM 的200倍放大照片；

图4是采用本发明制备的铝青铜形貌扫描电子显微镜SEM 的2000倍放大照片。

具体实施方式

本发明的工艺路线如图1所示。

1. 合金粉末的制备

本发明的铝青铜涂层材料的制备方法，包括有如下步骤：

2）将所选原料放入真空熔炼坩埚中；通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得铝青铜合金粉末；加热方式和气氛控制制度如图2所示；

3）进行筛分或分级，从而制备出粉末粒度在25-124μm范围内的铝青铜涂层材料。图3和图4是采用本发明制备的铝青铜形貌扫描电子显微镜SEM 的200倍和2000倍的放大照片，可以看出本发明制备得到的铝青铜粉末粒度在25-124μm范围内，且具有良好的球形度。

2. 涂层制备方法

本发明的采用铝青铜涂层材料制备铝青铜涂层的方法，采用等离子喷涂工艺，其制备铝青铜涂层的工艺参数为：弧电流≤550A ；弧电压≤65V ；氩气压力2.60-2.80MPa ；氢气流量0.45-0.36L/min ；送粉速度25-60g/min ；喷涂距离100-140mm。

下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的实施例并不局限于下述实施例。

实施例1

取金属材料：铝：12wt%，铁：3wt%，铜：余量。放入真空雾化设备中，利用中频感应加热，当温度加热至1150℃时，保温10～20分钟，待合金液均匀化后，利用氮气雾化，雾化工艺参数为：雾化压力为1.8MPa ，雾化器角度为60°，获得铝青铜合金粉末。

进行分级制备出涂层材料银铜合金粉末粒度为：45-124μm范围内。从而制备出涂层材料铝青铜合金粉末。采用大气等离子喷涂铝青铜合金粉末，喷涂工艺参数为：弧电流550A；弧电压65V；氩气压力2.80MPa；氢气流量0.36L/min；送粉速度60g/min；喷涂距离140mm。

制备的涂层致密均匀且连续，粉末熔化状态良好，基本看不到未熔颗粒，涂层硬度HR15T≥89，氧化物为1.3wt%，孔隙率为10%，与基体结合紧密无裂纹产生，涂层与基体结合强度≥35MPa。

实施例2

取合金成分铝：10wt% ，铁：2wt%，铜：余量。放入真空雾化设备中，利用中频感应加热，当温度加热至1150℃时，保温10～20分钟，待合金液均匀化后，利用氩气雾化，雾化工艺参数为：雾化压力为1.5MPa ，雾化器角度为75°获得铝青铜合金粉末。

进行分级制备出涂层材料银铜合金粉末粒度为：25-124μm范围内。从而制备出涂层材料铝青铜合金粉末。采用大气等离子喷涂铝青铜合金粉末，喷涂工艺参数为：弧电流550A；弧电压65V；氩气压力2.80MPa；氢气流量0.36L/min；送粉速度60g/min；喷涂距离140mm。

制备的涂层致密均匀且连续，粉末熔化状态良好，基本看不到未熔颗粒，涂层硬度HR15T≥89，氧化物为1.4wt%，孔隙率为9%，与基体结合紧密无裂纹产生，涂层与基体结合强度≥35MPa。

Claims

1.一种铝青铜涂层材料，其含有铝和铜，其特征在于，该铝青铜涂层材料为球形铝青铜合金粉末，其成份为：铝：1-20wt%，铁：0-5wt%，氧：≤120ppm，铜：余量，其粒度为：25-124μm。

2.根据权利要求1 所述的铝青铜涂层材料，其特征在于，其主体粒度为25-45μm。

3.一种制备权利要求1 所述的铝青铜涂层材料的方法，其特征在于包括有如下步骤：

2）将所选原料放入真空熔炼坩埚中；通过真空感应熔炼和惰性气体雾化技术获得铝青铜合金粉末；

4.根据权利要求3 所述的方法，其中选择金属材料a）时，原料的加料顺序为：首先放入少量铜，然后加入铁添加剂和铝，最后加入剩余铜，其中铁以含铁40-80wt%添加剂的形式加入。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述的惰性气体雾化技术是：采用中频感应的方式对原料进行加热，升温至1000～1350℃，保温6～25分钟，采用在真空下精炼并惰性气体雾化的方式制备铝青铜合金粉末。

6.根据权利要求3 或4所述的方法，其中气体雾化的工艺参数为：雾化气体为氮气或氩气，雾化锥角为45~75°，雾化压力为1～2.2MPa。

7.根据权利要求5所述的方法，其中气体雾化的工艺参数为：雾化气体为氮气或氩气，雾化锥角为45~75°，雾化压力为1～2.2MPa。

8.根据权利要求3或4所述的方法，其中-124μm一次粉末收得率≥75%。

9.根据权利要求7所述的方法，其中-124μm一次粉末收得率≥75%。

10.一种采用权利要求1-2中任意一项所述的铝青铜涂层材料制备铝青铜涂层的方法，采用等离子喷涂工艺，其特征在于，其制备铝青铜涂层的工艺参数为：弧电流≤550A ；弧电压≤65V ；氩气压力2.60~2.80MPa ；氢气流量0.45~0.36L/min ；送粉速度25~60g/min ；喷涂距离100~140mm。

11.根据权利10所述的方法，其中使用铝青铜涂层材料制备得到的软支撑耐磨涂层硬度HR15T≥89，结合强度≥35MPa，氧化物含量为0.8-1.5wt%，孔隙率为8-11%。

12.一种由权利要求1-2中任意一项所述的铝青铜涂层材料制备得到的铝青铜涂层，其特征在于，其结合强度HR15T≥89，结合强度≥35MPa，氧化物含量为0.8-1.5wt%，孔隙率为8-11%。

13.一种由权利要求1-2中任意一项所述的铝青铜涂层材料制备得到的软支撑耐磨涂层，其特征在于，该涂层采用低压等离子喷涂工艺制备得到，其结合强度≥27MPa，硬度≤HV_0.1125，孔隙率≤0.5%，氧含量≤0.3wt%。