CN103276339A - 用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成分为:镍：59.9-48.5%；钨：40.0-50.0％；稀土金属镱:0.1-1.5%。用中频感应炉对净化、预热后的原材料进行熔化，并通过氮气雾化系统将合金化熔液雾化破碎成粉末颗粒，雾化中保持适当的压力，提高颗粒球形度，生产的粉末颗粒均匀细化，氮气保护状态下合金粉体的含氧量低、夹杂物少，空心粉少，更适合于热喷涂工艺。由于稀土元素的加入使得合金涂层的致密度提高，组织细化，使得产品的耐高温、耐磨、耐蚀性能大幅提高，通过等离子堆焊工艺、激光熔覆工艺、超音速喷涂、氧乙炔火焰喷涂等热喷涂工艺在零件表面形成高合金涂层，使零件的使用寿命明显延长，提高了生产效率，并为工矿企业节约生产成本。

Description

用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及热喷涂材料技术领域、表面工程热喷涂技术领域，具体的说是一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末。 

背景技术

钨是银色、有光泽、自然界中熔点最高的金属，同时也具有较高的硬度和化学稳定性，能够在表面形成一层氧化膜，其金属活泼性比铬低，而且钨没有毒性，不会对环境造成污染，因而用钨作为表面镀层早就引起人们的兴趣。镍钨合金以其独特的摩擦学、磁学、光学、电学与电腐蚀等方面的性能受到人们的重视。镍钨合金电镀层结构致密、耐热性能好，可与陶瓷、石墨相媲美，镍钨合金镀层广泛用于内燃机气缸、活塞环、热锻模、轧辊、接触器和钟表机芯等小体积的零部件上。但是，在尺寸巨大的工件或仅局部需要镀层的部件中采用镍钨合金电镀层时，其喷涂工艺较难掌握，形成的电镀层的耐磨性、抗氧化性、耐腐性等方面常常不能满足生产技术指标的要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，以解决在大工件或仅局部需要镀层的部件中的电镀层耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性等方面不能满足生产技术指标要求的问题。 

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下： 

一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成分为: Ni：59.9-48.5%；W：40.0-50.0％；Yb:0.1-1.5%。

用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末的制备方法，它包括以下步骤： 

（1）熔炼工艺：将镍、钨、稀土金属粉末按重量百分比计量其成分为: Ni：59.9-48.5%；W：40.0-50.0％；Yb:0.1-1.5%进行配料，用中频感应炉对镍基体原材料进行熔化，脱氧、提渣后加入钨升温熔炼，再加入稀土金属镱，脱气、清渣，待出炉，出炉温度应控制在1400-1500℃；

（2）雾化工艺：将脱气、清渣后的合格金属熔液在氮气保护下进行高压雾化，雾化压力控制在5-7MPa，雾化结束后用分离器分离、汲取合金粉末；

（3）将制得的合金粉末筛分成粒度为30-180μm，即得用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末。

将本发明所得的产品适合各种热喷涂工艺，适合等离子堆焊工艺的合金粉末粒度范围为80-180μm；适合激光熔覆工艺和氧乙炔火焰喷涂工艺的合金粉末粒度范围为50-100μm；适合超音速喷涂工艺的合金粉末粒度范围为30-50μm。 

用常规的中频感应炉对净化、预热后的原材料进行熔化，并通过氮气雾化系统将均匀合金化的熔液雾化破碎粉末颗粒，雾化中保持适当的压力，提高了颗粒球形度，生产的粉末颗粒均匀细化，氮气保护状态下粉体的含氧量低、夹杂物少，空心粉少，更适合各种热喷涂工艺。 

在镍钨合金中添加适量的稀土元素，能有效地促进合金的沉淀强化，显著增加合金中硬质相的含量，提高合金的硬度、耐磨性及抗氧化性，提高了涂层的综合性能。本发明在保持粉末良好球形度的前提下，使粉末可以适应于等离子堆焊工艺、激光熔覆工艺、超音速喷涂、氧乙炔火焰喷涂等热喷涂工艺的要求，并且由于稀土金属镱（Yb）的加入使得合金涂层的致密度提高，组织细化，因此本发明产品的耐高温、耐磨、耐蚀性能大幅提高，通过等离子堆焊工艺、激光熔覆工艺、超音速喷涂、氧乙炔火焰喷涂等热喷涂工艺在零件表面形成高合金涂层，使零件的使用寿命明显延长，提高了生产效率，并为工矿企业节约生产成本。 

本发明的显著效果表现在以下几方面: 

（1）高温耐磨、耐蚀性好

本合金粉末涂层具有高温下耐磨损、抗氧化、耐蚀性和良好的自润滑性能。通过热喷涂工艺制备的涂层具有较高的硬度，经过热处理的晶态涂层硬度达到HV900左右。在HCl和H₂SO₄中的耐蚀性均比304不锈钢提高数倍。

（2）价格适中，性价比高 

一般在工矿条件温度超过650℃时镍基合金基本不再推荐使用，而改用钴基合金，但钴基合金生产成本高，价格昂贵。本发明合金粉末涂层的高温耐磨、耐蚀性大幅提高，在800℃时硬度仍为常温硬度的60%以上，可正常工作，并且价格比钴基合金低，为企业节约资源，降低生产成本。

（3）适用工艺广泛 

本发明合金粉末适用于等离子堆焊工艺、激光熔覆工艺、超音速喷涂、氧乙炔火焰喷涂等热喷涂工艺，广泛适用高温下耐磨损、抗氧化、耐蚀性等零部件的表面硬化处理。

将本发明用于热喷涂工艺后将样块送到青岛海测，对样块做了高温试验、低温试验、湿热试验、盐雾试验，其试验效果及实验报告如下表所示： 

附图说明

图1是样品接收态代表性外观照片； 

图2是第1循环结束后样品试验后代表性外观照片；

图3是第2循环结束后样品试验后代表性外观照片。

具体实施方式

下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何形式限制本发明。 

实施例1 

一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成分为: Ni：59.9%；W：40.0％；Yb:0.1%。

其制备方法为： 

（1）熔炼工艺：将镍、钨、镱金属粉末按照上述比例进行配料，用中频感应炉对镍基体原材料进行熔化，脱氧、提渣后加入钨升温熔炼，再加入稀土金属镱，脱气、清渣，待出炉，出炉温度应控制在1400℃；

（2）雾化工艺：将脱气、清渣后的合格金属熔液在氮气保护下进行高压雾化，雾化压力控制在5MPa，雾化结束后用分离器分离、汲取合金粉末；

（3）将制得的合金粉末筛分成粒度为80-180μm，用于等离子堆焊热喷涂工艺。

实施例2 

一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成分为:Ni：48.5%；W：50.0％；Yb:1.5%。

其制备方法为： 

（1）熔炼工艺：将镍、钨、镱金属粉末按照上述比例进行配料，用中频感应炉对镍基体原材料进行熔化，脱氧、提渣后加入钨升温熔炼，再加入稀土金属镱，脱气、清渣，待出炉，出炉温度应控制在1500℃；

（2）雾化工艺：将脱气、清渣后的合格金属熔液在氮气保护下进行高压雾化，雾化压力控制在6MPa，雾化结束后用分离器分离、汲取合金粉末；

（3）将制得的合金粉末筛分成粒度为50-100μm，用于激光熔覆热喷涂工艺。

实施例3 

一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成分为: Ni：54.2%；W：44.5％；Yb:1.3%。

其制备方法为： 

（1）熔炼工艺：将镍、钨、镱金属粉末按照上述比例进行配料，用中频感应炉对镍基体原材料进行熔化，脱氧、提渣后加入钨升温熔炼，再加入稀土金属镱，脱气、清渣，待出炉，出炉温度应控制在1450℃；

（2）雾化工艺：将脱气、清渣后的合格金属熔液在氮气保护下进行高压雾化，雾化压力控制在6MPa，雾化结束后用分离器分离、汲取合金粉末；

（3）将制得的合金粉末筛分成粒度为50-100μm的粉末，用于氧乙炔火焰喷涂工艺。

实施例4 

一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成分为: Ni：50%；W：49.0％；Yb:1.0%。

其制备方法为： 

（1）熔炼工艺：将镍、钨、镱金属粉末按照成份设计进行配料，用中频感应炉对镍基体原材料进行熔化，脱氧、提渣后加入钨升温熔炼，再加入稀土金属镱，脱气、清渣，待出炉，出炉温度应控制在1500℃；

（2）雾化工艺：将脱气、清渣后的合格金属熔液在氮气保护下进行高压雾化，雾化压力控制在7MPa，雾化结束后用分离器分离、汲取合金粉末；

（3）将制得的合金粉末筛分成粒度为30-50μm的粉末，用于超音速喷涂工艺。

Claims (6)

1.一种用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末，其特征在于：按重量百分比计量其成分为: Ni：59.9-48.5%；W：40.0-50.0％；Yb:0.1-1.5%。

2.根据权利要求1所述的用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末的制备方法，其特征在于：一种优选的用于热喷涂镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成为：Ni：59.9%；W：40.0％；Yb:0.1%。

3.根据权利要求1所述的用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末的制备方法，其特征在于：一种优选的用于热喷涂镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成为：Ni：48.5%；W：50.0％；Yb:1.5%。

4.根据权利要求1所述的用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末的制备方法，其特征在于：一种优选的用于热喷涂镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成为：Ni：54.2%；W：44.5％；Yb:1.3%。

5.根据权利要求1所述的用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末的制备方法，其特征在于：一种优选的用于热喷涂镍基钨稀土合金粉末，按重量百分比计量其成为：Ni：50.0%；W：49.0％；Yb:1.0%。

6.根据权利要求1所述的用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）熔炼工艺：将镍、钨、稀土金属粉末按重量百分比计量其成分为: Ni：59.9-48.5%；W：40.0-50.0％；Yb:0.1-1.5%进行配料，用中频感应炉对镍基体原材料进行熔化，脱氧、提渣后加入钨升温熔炼，再加入稀土金属镱，脱气、清渣，待出炉，出炉温度应控制在1400-1500℃；

（2）雾化工艺：将脱气、清渣后的合格金属熔液在氮气保护下进行高压雾化，雾化压力控制在5-7MPa，雾化结束后用分离器分离、汲取合金粉末；

（3）将制得的合金粉末筛分成粒度为30-180μm，即得用于热喷涂的镍基钨稀土合金粉末。

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