CN102492914A - 镍铁铝复合丝及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电弧喷涂和火焰丝材喷涂的粘结底层复合丝及其制备方法，所述复合丝的外皮是一层铁箔，粉芯是铝包镍包覆粉。制备该复合丝的方法是，第一步先用团聚法将微米级的铝粉包裹在镍粉的外围，形成铝包镍包覆粉，然后以包覆粉作为复合丝的粉芯，被铁箔经包覆与轧制，形成最终的复合丝产品。该复合丝用电弧喷涂和火焰丝材喷涂，所形成的涂层具有一系列自粘打底层的特点，与基体的结合强度超越常用的镍铝合金丝涂层。

Description

镍铁铝复合丝及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于电弧喷涂和火焰丝材喷涂的粘结底层复合丝，属于表面工程中热喷涂技术领域。

背景技术

热喷涂技术是表面工程技术的重要内容。依热源的不同，它可分为燃烧火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和冷喷涂等方法。其中电弧喷涂和火焰丝材喷涂是以喷涂丝形(或称线材)材料为其特征，火焰温度为3000℃左右，喷涂熔滴的飞行速度最高可达350米/秒。

相对于喷涂粉材而言，喷涂丝材较少，早期以金属和合金为主，近些年，随着复合丝材(特别是粉芯丝材)的涌现，在类别上和性能上，电弧喷涂材料和火焰丝材喷涂得到很大扩充，使它们不仅在耐磨防腐，而且在其它很多方面，甚至在航空工业中得到广泛应用。

在所有这些材料中，有一种称之为自粘性喷涂材料，有着不可被替代的作用。自粘性材料能被喷涂到未经喷砂的光滑的基体表面，在它们的熔滴飞溅到表面时，立刻提升表面的微区温度，并产生热扩散，与基体形成微冶金结合。自粘性材料不仅能够很好的粘合到基体表面，而其本身能形成一个具有一定粗糙度的表面，这种表面形态能够很好“捕捉”其它涂层，改善涂层材料的粘合性能，在喷涂诸如氧化铝等氧化物及其它一些粘结性差的材料时，喷涂一层自粘打底层，已是通常的一种工艺要求。

此外，在出现下列情况，也有必要采用自粘性材料：工件太薄不允许喷砂；为了强化涂层与基体的结合，在喷砂时与自粘性材料同时使用；当喷涂大工件时为了操作方便；喷涂硬质材料基体时喷砂无效；缓解基体与某种涂层之间膨胀系数的很大差异(尤其是陶瓷涂层与金属之间)；或者顶部涂层厚度有一定限制等。

迄今，儿乎所有自粘性材料都是镍基的(有时也采用钼材)，包括Ni5AI，Ni20AI等多种成分和规格，其中有粉末和丝材，这种自粘性材料的喷涂工艺性好，有良好的粘结性，被普遍应用于需要打底的喷涂过程，但由于镍作为材料的主体，镍是宝贵的稀缺资源，是国防工业不可缺少的材料，市场价格一直居高不下，同时它们的结合强度并不高，有待于寻求更好的粘结材料。开发一种以铁或其它贱金属为主体的自粘性喷涂材料，当属必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电弧喷涂和火焰丝材喷涂的粘结底层复合丝及其制作方法，该复合丝既不采用贵金属镍作为材料的主体，又能在自粘结性能(与基体的结合强度)达到或超过目前市场采用的镍铝类型的自粘打底材料。

本发明的技术方案是通过以下方式实现：一种用于电弧喷涂和火焰丝材喷涂的粘结底层复合丝，其特征在于所述复合丝的主体是铁，铁作为外皮，镍铝粉作为粉芯，所述镍铝粉以铝包镍包覆粉的形式存在。在喷涂过程中，作为粉芯的铝包镍包覆粉受热后，本身构成一个放热单元，在溶滴中分布均匀，镍与铝达到最大限度的接触与化合，放出大量反应热，使涂层与基体建立一种强性结合。

本发明还提供了一种用于电弧喷涂和火焰丝材喷涂的粘结底层复合丝的制取方法，其特征在于包含两步过程，一步是制取铝包镍包覆粉，第二步是将铝包镍包覆粉作为粉芯制成复合丝。

附图说明

图1是本发明的制作方法生产过程示意图；

图2是本发明构成粉芯的铝包镍包覆粉示意图，包覆粉外围是铝粉2，内芯是镍粉1；

图3是本发明的复合丝剖面示意图，外皮是铁箔2，内芯是铝包镍粉1；

图4是本发明的复合丝的差热分析曲线；

图5是本发明的复合丝形成的涂层表面状态，有一定的粗糙度；

图6是本发明的复合丝形成的涂层杯突试验，未发现微裂纹，涂层韧性较好。

具体实施方式

本发明的制作方法生产过程如图1所示，步骤如下：

(1)将所要求粒度的镍粉和铝粉加入团聚机1中，并加入一定的粘合剂，经团聚后，制成铝包镍包覆粉；

(2)将铝包镍包覆粉加入料斗2中，送入复合丝制造系统；

(3)铁箔由送料盘3导入制丝机包覆辊4，经三组辊轧制后变形成U型，在此之后，铝包镍粉被送入U槽中；

(4)经四组轧辊5，铝包镍粉被卷入丝管中，再经拉拔、缩径后，制成直径为2.0mm的复合丝，被置于收丝盘6中。

从图4的差热分析曲线可以看出，在613℃附近出现放热峰，表明在此温度Ni和Al发生放热反应。

实例1

镍粉9.25公斤，粒度-80目+150目，铝粉0.75公斤，粒度-2μm，以PVA做粘合剂，制成10公斤的铝包镍粉。

采用规格厚0.4mm，宽12mm的铁带，经轧机轧成U型，然后将铝包镍粉导入铁带槽中，填充率为30％，再经轧辊将U型槽合口、拉丝、最后轧成直径为2.0mm的线材。

这种复合丝材经电弧喷涂，达到47mpa的高结合强度，可广泛用于电弧喷涂粘结打底涂层(亦可用于火焰喷涂)。

采用电弧喷涂，在碳钢试片及试棒上喷涂，电流180-220A，电压33V，压缩空气0.6mpa，喷涂距离200mm。对制备的涂层进行结合强度、显微硬度值的测定，结果分别示于表1和表2，涂层表面状态和杯突试验分别示于图5和图6。

表1列出了电弧喷涂镍铝合金丝(Ni5Al)及本发明镍铁铝自粘线材所得涂层(实例1)的结合强度数值。

表1：结合强度比较(四点均值)

表2列出了本发明涂层显微硬度值(实例1)

表2：显微硬度值

测定点	1	2	3	4	平均值
						显微硬度HV0.3	226.2	273.3	241.8	257.9	249.8

为了进一步比较Ni5Al合金与本发明两种线材对硬质材料及表面光洁状态的粘合性能，又做了下列实验：

(1)将上述两种线材用电弧喷涂，直接喷到干净的平面玻璃基体上，Ni5Al线材形成的涂层是星点状，铺展不严密，厚度达到0.11mm时，边缘就翘起，而本发明形成的涂层则铺展密实，厚度达0.14mm时，边缘翘起。

(2)以带有硼化物的硬质涂层(HRC70)为基体，并将其表面磨光，电弧喷涂上述两种材料，涂层厚度均为0.2mm，测二者的结合强度，Ni5Al涂层为20.1mpa，本发明为30.2mpa。

实例2

按照实例1中的方法，做成10公斤铝包镍包覆粉，然后使用0.4，mm厚，17mm宽的铁带，按实例1中所述的做粉芯丝的方法，填充率为35％，可轧制成直径为3.0mm的复合线材。

采用METCO14E火焰线材喷枪，按下列喷涂参数对直径3.0mm线材进行火焰喷涂：喷咀“1/8”，各气体流量(METCO流量计读数)：氧气43，乙炔40，空气53，喷涂距离200mm，所得涂层外观与电弧喷涂层相近，结合强度46.8mpa。

Claims (5)

1.一种用于电弧喷涂和火焰丝材喷涂的粘结底层复合丝，其特征在于所述复合丝外皮为铁箔，内芯是铝包镍包覆粉。

2.如权利要求1所述的复合丝，其特征在于所述铝包镍包覆粉的铝粉粒度为1-10μm，镍粉粒度为100-200μm，采用粘合剂，经团聚过程制成。

3.如权利要求2所述的复合丝，其特征在于直径为2-3μm，填充率为25-40％。

4.如权利要2所述的复合丝，其特征在于所述复合丝的重量百分组成为：镍10-38％，铝3-10％，铁60一85％。

5.一种如权利要求1所述的复合丝的制作方法，其特征在于先将铁箔轧制成U型，然后导入铝包镍包覆粉，经包覆再轧制成丝材。

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