CN103014492A - 一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备技术，属于表面改性技术材料制备领域。采用硼铁粉、羰基铁、Mo、Cr、Ni、W作为合金粉末的反应原料，利用水雾化法制备出非晶复相热喷涂粉末，其增强相为Mo2FeB2、W2FeB2,粘结相为含Cr、Ni的铁基体。其优点在于：（1）制备的粉末为复相结构，具有良好的耐磨和耐蚀性能。（2）粉末部分为非晶结构，其非晶含量高达50%以上。（3）制备出的热喷涂粉末球形度高，粒度分布范围小，流动性好，杂质含量低。（4）制备能耗低，工艺可控，适用于工业化需求。

Description

一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法，属于表面改性技术制备领域，为制备高性能热喷涂合金粉末提供了一种产品性能稳定，成本低，工艺可控，可实现工业化的新技术。
技术背景
热喷涂技术是一种表面改性技术。由于它的诸多优点，因而广泛应用于机械电子、化工、航天航空等领域，用来提高零部件的性能和使用寿命。热喷涂技术包括：热喷涂材料、喷涂设备及喷涂工艺，其中热喷涂材料是影响涂层性能的关键因素。目前，已实现工业化生产的热喷涂材料包括：金属、合金和陶瓷等，使用形式主要以粉末、丝材、棒材为主，其中粉末的使用量占整体喷涂材料70%以上。热喷涂粉末主要包括纯金属粉末、合金粉末、氧化物陶瓷粉末、碳化物粉末、金属陶瓷粉末，而应用于耐磨耐蚀领域的热喷涂粉末主要为后面的4种。
合金中常用的增强相材料包括：碳化物、氧化物、氮化物和硼化物。其中硼化物具有高熔点、高硬度、高耐磨性和高抗腐蚀性能，被视为较有发展前景的硬质相材料。Mo2FeB2具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，以及高的导电率，在耐磨和耐蚀等领域中得到了广泛的应用和发展。
非晶材料由于其高的强度和硬度，良好的塑性，优异的电磁性能，因而近年来成为人们研究的热点。由于非晶相处于亚稳定状态，故粉末具有较高的能量，在热喷涂过程中有助于粉末与被喷涂基体表面的粘接，及粉末颗粒之间的润湿，对提高涂层质量具有重要意义。
本发明在传统的热喷涂粉制备基础上并结合Mo2FeB2优异性能，采用FeB、羰基铁、Mo等作为原料，采用水雾化法制备Mo2FeB2基非晶复相热喷涂粉末，其优点在于所制备出的热喷涂粉末纯度较高，粉末粒度分布范围广，球化率高，流动性好，复相粉末的增强相和粘结相可控，非晶高达50%以上，有益于对后续喷涂工艺的控制，简化涂层工艺，提高涂层质量。
发明内容
本发明目的在于提供一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法。粉末为复相结构且部分非晶，其中增强相为Mo2FeB2、W2FeB2,粘结相为含Cr、Ni的铁基体。所制备出的粉末纯度高，粒度细小，球化率高，流动性好，非晶含量高达50%以上。适用于耐磨耐蚀涂层的热喷涂工艺。
该技术首先是利用FeB、羰基铁、Mo、Cr、Ni、W作为合金粉末的反应原料,采用真空感应炉熔炼得到母合金，经水雾化后得到非晶复相热喷涂合金粉末。
该技术关键在于三元硼化物硬度高，导电率高，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，且与钢基体的润湿性良好，是一种比较有发展前途的硬质相材料。铁基三元硼化物合金熔点较低，经水雾化后易得到非晶复相合金粉末，非晶粉末对提高热喷涂涂层质量具有重要意义，其粉末非晶含量高达50%以上，粉末球形度高，粒度分布范围小，流动性好。能耗低，工艺可控，可实现工业化需求。
具体技术工艺如下：
(1) 合金粉末原料的配备：采用硼铁粉、羰基铁、Mo、Cr、Ni、W作为合金粉末的反应原料，并按照各元素质量百分数为：0~8wt%的B, 20~50wt%的Mo，0~5wt%的Ni, 0~10wt%的Cr , 0~5wt%的W，  Fe余量的比例进行配料，经球磨机球磨混合均匀。
 (2)热喷涂合金粉末的制备：先将粉末原料放入真空感应炉中加热熔融成金属母合金液，然后经水雾化制得合金粉末，其中雾化水压为18~30MPa,喷嘴为8~20孔，孔径为2~5mm, 倾角为25~35°之间，母合金液的温度控制在1350~1450℃之间。
本发明的另一个实施方案是所述的合金粉末中非晶合金粉未的比例为50%以上。
本发明的又一个实施方案是所述的的合金粉末为复相结构，包括增强相和基体，所述增强相为Mo2FeB2、W2FeB2,所述的基体为含Cr、Ni的铁基体。
本发明的另一个实施方案是所述的合金粉末中增强相的质量分数为30~80%。
本发明提出了Mo2FeB2基热喷涂粉末的制备方法，其优点在于：
1、制备的粉末为复相结构，其中增强相为Mo2FeB2、W2FeB2,基体为含Cr、Ni的铁基体。具有良好的耐磨和耐蚀性能。
2、制备出的粉末部分为非晶结构，其非晶含量高达50%以上。
3、制备出的热喷涂粉末球形度高，粒度分布范围小，流动性好，杂质含量低。
4、制备能耗低，工艺可控，适用于工业化需求。
具体实施方式
实施实例1：成分为：2.4B-21.3Mo-1.3Ni-8.1Cr-5W-Fe余量,增强相含量为30%的热喷涂粉末的制备。
1、称取73.2g BFe粉, 106.5g Mo粉, 6.5g Ni粉, 40.5g Cr粉, 25g W粉，248.3g羰基铁粉,合计500g。放入滚动球磨机中干混4h。其中球料比为7:1。球磨机转速为70rad/min。
2、混合后的粉末装入陶瓷坩埚放入真空感应炉中，加热至1450℃保温1h,得到母合金液。然后经水雾化制得非晶合金粉末。其中雾化水压为23MPa,喷嘴 为8孔，孔径为5mm, 倾角为26°。
3、所得到的粉末经粒度分析呈正态分布，其平均粒径为57μm，其中小于43μm的粉末经XRD分析为非晶粉末，所占比例约为整体粉末51%。
 
实施实例2：成分为：4.3B-35.1Mo-2.9Ni-8.1Cr-3.8W- Fe余量,增强相含量为50%的热喷涂粉末的制备。
1、称取 131g BFe粉, 175.5g Mo粉, 14.5g Ni粉, 40.5g Cr粉, 19g W粉, 119.5g羰基铁粉,合计500g。放入滚动球磨机中干混4h。其中球料比为7:1。球磨机转速为70rad/min。
2、混合后的粉末装入陶瓷坩埚放入真空感应炉中，加热至1420℃保温1h,得到母合金液。然后经水雾化制得非晶合金粉末。其中雾化水压为23MPa,喷嘴 为12孔，孔径为3mm,倾角为30°。
3、所得到的粉末经粒度分析呈正态分布，其平均粒径为49μm，其中小于43μm的粉末经XRD分析为非晶粉末，所占比例约为整体粉末63%。
 
实施实例3：成分为：6.0B-47.5Mo-4.7Ni-2.4Cr-Fe余量,增强相含量为70%的热喷涂粉末的制备。
1、称取182.9g FeB粉, 237.5g Mo粉, 23.5g Ni粉, 12g Cr粉, 44.1g羰基铁粉合计500g。放入滚动球磨机中干混4h。其中球料比为7:1。球磨机转速为70rad/min。
2、混合后的粉末装入陶瓷坩埚放入真空感应炉中，加热至1380℃保温1h,得到母合金液。然后经水雾化制得非晶合金粉末。其中雾化水压为28MPa,喷嘴 为20孔，孔径为2mm,倾角为35°。
3、所得到的粉末经粒度分析呈正态分布，其平均粒径为45μm，其中小于43μm的粉末经XRD分析为非晶粉末，所占比例约为整体粉末78%。

Claims (4)

1.一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1) 合金粉末原料的配备：采用硼铁粉、羰基铁、Mo、Cr、Ni、W作为合金粉末的反应原料，并按照各元素质量百分数为：0~8wt%的B, 20~50wt%的Mo，0~5wt%的Ni, 0~10wt%的Cr , 0~5wt%的W，  Fe余量的比例进行配料，经球磨机球磨混合均匀；
 (2)热喷涂合金粉末的制备：先将粉末原料放入真空感应炉中加热熔融成金属母合金液，然后经水雾化制得合金粉末，其中雾化水压为18~30MPa,喷嘴为8~20孔，孔径为2~5mm, 倾角为25~35°之间，母合金液的温度控制在1350~1450℃之间。
2.如权利要求1所述的一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于所述的合金粉末中非晶合金粉未的比例为50%以上。
3.如权利要求1所述的一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于所制备的合金粉末为复相结构，包括增强相和基体，所述增强相为Mo2FeB2、W2FeB2,所述的基体为含Cr、Ni的铁基体。
4.如权利要求4所述的一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法，其特征在于所述合金粉末中增强相的质量分数为30~80%。
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