CN105642885B - 一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末 - Google Patents

一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末 Download PDF

Info

Publication number
CN105642885B
CN105642885B CN201610192721.6A CN201610192721A CN105642885B CN 105642885 B CN105642885 B CN 105642885B CN 201610192721 A CN201610192721 A CN 201610192721A CN 105642885 B CN105642885 B CN 105642885B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
wrapped
coating
metal alloy
outer layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610192721.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105642885A (zh
Inventor
李长久
田佳佳
雒晓涛
李成新
杨冠军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610192721.6A priority Critical patent/CN105642885B/zh
Publication of CN105642885A publication Critical patent/CN105642885A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105642885B publication Critical patent/CN105642885B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/14—Deposition of only one other metal element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/16—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal carbonyl compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，属于材料加工技术领域。该金属合金粉末是由包覆外层金属与被包覆金属颗粒构成的复合结构粉末，包覆外层金属均匀包覆于被包覆金属颗粒表面；包覆外层金属的熔点大于被包覆金属颗粒的熔点；包覆层与被包覆金属颗粒之间通过冶金结合形成复合结构粉末。当采用该复合结构粉末制备的金属合金涂层，涂层与基体间、涂层中粒子层界面之间由于发生冶金结合反应，使得界面结合牢固，从而大幅度提高涂层与基体的结合强度、涂层内粒子层间的内聚结合强度，保证了涂层的长期使用稳定性。采用该金属合金粉末制备的金属合金涂层具有优异的耐腐蚀性能。

Description

一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，涉及一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末。
背景技术
等离子喷涂与粉末火焰喷涂是采用喷涂粉末为原料制备金属合金涂层、提高金属材料服役性能的重要方法。由于涂层是通过粉末送进机构将某种成分与结构的粉末送进等离子射流或燃烧火焰等热源中，如等离子射流等热源将粉末加热至熔融或接近熔融的状态，依次碰撞基体后堆积而形成，涂层与基体的结合强度大小影响并决定涂层可承受的载荷、从而影响涂层体系的完整性，当载荷较大时对于结合强度较低的涂层，服役加载可能引起涂层的整体脱落而使得涂层的性能无法发挥；同时，涂层内的粒子之间的界面结合状态显著影响着或甚至控制着涂层的各种性能。有研究表明，热喷涂涂层的粒子层间结合率比较有限，如陶瓷涂层的粒子间的平均结合率最大仅为32％，而涂层的各种力学性能(如弹性模量、断裂韧性、冲蚀磨损率)、电导率、热导率等都受到涂层内粒子层之间的界面的有限结合的控制，从而表现为涂层的上述各种性能均为相应块体性能的10％～30％。研究表明，热喷涂金属合金涂层的组织结构与性能也呈现同样特征，既界面结合有限，涂层的性能受到界面结合的显著影响。另一方面，未结合界面与其它类型的孔隙相互连通构成从涂层表面贯通至涂层/ 基体界面的贯通孔隙，使得涂层不能完全阻挡隔离腐蚀介质与基体合金的接触，从而使耐磨损性能优越的材料制备的喷涂态涂层难以直接用作耐腐蚀涂层。
金属合金涂层与基体的结合机制通常主要有三种：基于原子间吸附力的物理结合、提高粗糙表面镶嵌等产生的机械结合、基于元素扩散或基体局部熔化的冶金反应而产生的冶金结合。三种结合机制中，冶金结合最强，物理结合与机械结合较弱，但通常涂层的结合主要机械与物理结合为主，因此，一般结合强度较低。针对涂层结合强度低的这一极其重要的问题，通常解决的基本途径包括：首先通过基体表面的仔细控制制备，包括表面清洗等去除油污及去除表面氧化膜以提供清洁表面以确保喷涂粒子与基体金属的可能直接接触；然后通过喷砂等进行表面粗糙化以提供足够的机械结合能力；通过优化喷涂参数以获得高的粒子速度与温度以增强物理与机械结合对结合强度的贡献，如超音速火焰喷涂制备涂层，通过显著提高粒子的速度可沉积表观致密的高结合强度的硬质合金涂层，主要是依靠高速的半融化态粒子在撞击基体时的变形受限而产生的局部嵌入效应提高结合效应。通过采取以上措施，通常可以保证一定的结合强度，但涂层与基体的结合主要依靠机械结合与物理结合为主，除超音速火焰喷涂外，当采用粉末以等离子喷涂制备的涂层的结合强度通常介于10～40MPa。
为了提高金属涂层与金属基体的结合强度，可通过选择具有自粘结性能的粉末制备过渡粘结(打底)层，如高熔点Mo等，或如铝包镍粉末(又被称为镍包铝，而实际为Al包覆在Ni粒子的外表面)，在制备合金工作涂层前，首先制备一层50～100μm厚的打底粘结层，然后再制备工作层。这是当熔融粒子的温度显著高于碰撞基体熔点的高温熔融粒子碰撞在较低熔点基体表面(如难熔金属Mo、Ta、W等熔滴碰撞在不锈钢表面，或Ni等碰撞在Al合金与Mg合金表面)时，熔滴碰撞过程与基体的热传递可引起基体的局部熔化而产生冶金结合。因此，这类碰撞可引起涂层/基体的冶金粘结效应，实际仅为第一层与基体直接接触的粒子与基体之间具有冶金粘结效应。当采用传统的Ni/Al复合粉末热喷涂时，基于粒子熔化后发生形成金属间化合物的放热反应，可以一定程度提高粒子温度，而认为具有一定的自粘结效应，但大量的实验结果表明，自粘结效应很有限。
另一方面，碰撞熔化需要熔滴的热焓值相比于基体的熔化焓要充分高，尽管高熔点Mo熔融粒子对铁基或镍基基体可以产生碰撞熔化现象，但并不能在 Mo基体表面产生碰撞熔化现象。同样，与基体熔点相当的材料的熔滴碰撞在基体表面时(如Ni与Cr熔滴碰撞在Fe基不锈钢)则不能引起产生显著粘结效应的基体表面熔化，这也是为什么在通常喷涂条件下，涂层内粒子所有界面之间不能完全形成冶金结合的原因，因为涂层沉积过程中除了第一层直接碰撞在“基体”表面的熔滴外，其他熔滴都碰撞在与其热物理化学性能完全相同的“基体”表面。因此，涂层沉积过程中不具备使涂层材料沉积而形成的“基体”熔化而产生粘结效应，即自粘结效应，定义为与基体成分完全相同的熔滴碰撞在基体表面上时产生的冶金粘结效应。这也是不能通过熔融粒子碰撞形成结合优异的致密涂层的主要关键原因，使得喷涂态金属合金涂层不具备完全保护基体腐蚀的耐腐蚀性能。
针对喷涂态涂层不能满足耐腐蚀性的这一问题，通常采用两种方法对涂层进行后处理：其中一种方法为消除涂层孔隙的同时达到粒子间完全结合，如传统的自熔合金通过重熔处理的方法，合金涂层通过高温热处理方法，利用激光等高能热源对涂层进行重熔处理的方法等。这类方法需要高温处理，分别存在高温加热变形或不适用于尺寸较大零部件的问题。另一种方法为采用有机或无机溶剂类液态封孔剂进行封孔处理，可以改善涂层的耐腐蚀性能，但受封孔剂的物理化学性能的影响，封孔深度受到限制，不能显著改善涂层的其他性能，而随涂层磨损等的发生，因封孔层消失可能使封孔效果失效；另一方面，封孔剂的使用温度也因主要封孔材料为有机封孔剂而受到限制。因此，对于控制涂层性能的热喷涂涂层粒子界面有限结合这一问题，迄今尚没有找到一种直接在喷涂过程中形成粒子间完全结合的有效的方法，能够显著改善金属涂层的结合。
研究表明，碰撞熔滴与基体或先沉积粒子之间的界面温度对涂层的界面结合具有积极影响。由此可提出两种提高粒子界面结合的基本途径：其一是提高熔融粒子碰撞前的“基体”表面温度，其二是提高熔融粒子的温度或热焓。而对于金属合金材料，提高粒子的沉积温度会显著增厚基体或先沉积粒子表面的氧化膜而不利于结合。因此，通过提高碰撞基体前的熔融金属粒子温度或热焓是增强金属合金涂层粒子界面结合的必要途径。但如前所述，当以粉末粒子作热喷涂原料制备涂层时，粒子在等离子射流热源中的加热是在加速飞行过程中进行，提高等离子射流加热能力的同时其速度即对粒子加速能力也在提升，其效果在缩短加热时间；另一方面，当采用成分均匀的合金粒子作喷涂粉末时，高达5000～10,000℃的高温等离子射流对金属粉末颗粒的快速急剧加热会使得粒子表面温度急剧上升而引起表面元素的蒸发，不仅因发汗效应降低加热效果，而且还因较低的沸点使得高能等离子射流的加热效果受限于材料的热物理性能无法有效作用，因此，有限的粒子加热程度无法在粒子碰撞沉积的涂层表面时具备产生局部熔化而形成冶金结合的冶金自粘结效应。
综上所述，采用目前的商用热喷涂金属合金粉末，通过等离子喷涂难以或不能实现有效的基于高温熔滴碰撞引发先前沉积的同成分粒子表面的熔化、发生液相冶金反应从而产生冶金结合的冶金自粘结效应，不能制备喷涂态即具有优异耐腐蚀性能的粒子间结合良好的致密的涂层。申请人课题组针对这一现状提出了机械合金化包覆的壳核结构复合粉末以提供可实现致密涂层制备的方法(Li等,ACTAMaterilia,2016)，但包覆层与被包覆层之间结合较弱，加热过程中会出现包覆层与内部被包覆合金分离现象，一方面使得具有高熔点包覆层的沉积、另一方面没能完全发挥提高粒子温度的效应，因此简单包覆并不能实现显著提高粒子温度而获得充分的自粘结效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，该金属合金粉末能够有效解决现有金属合金粉末难以在熔融粒子沉积过程中实现冶金自粘结反应、难以获得粒子间结合良好的致密涂层的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，该金属合金粉末是由包覆外层金属与被包覆金属颗粒构成的复合结构粉末，包覆外层金属均匀包覆于被包覆金属颗粒表面；包覆外层金属的熔点大于被包覆金属颗粒的熔点；包覆层与被包覆金属颗粒之间通过牢固的冶金结合形成复合结构粉末。
包覆外层金属为金属单质，被包覆金属颗粒为金属单质或金属合金；当复合结构粉末被加热直至完全熔化时，包覆层不发生与被包覆芯部脱落的现象。
所述复合结构粉末是将包覆外层金属通过物理方法、化学方法或物理化学方法包覆于被包覆金属颗粒外表面制得。如：采用机械合金化方法、化学镀法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、机械镀法或水热还原包覆法。
复合结构粉末采用物理方法包覆时，通过热扩散处理形成冶金结合，热扩散处理温度为被包覆金属材料熔点的0.5～0.85倍温度，热扩散处理时间0.2～6h 小时。
所述复合结构粉末为Ni包覆Zn或Zn合金，Ni包覆Cu或Cu合金，Fe 包覆Al或Al合金，难熔金属包覆Ni或Ni基合金，或者难熔金属包覆Fe或Fe 基合金；难熔金属为Ta、Nb、Mo或W。
被包覆金属颗粒中的任一合金元素的沸点高于包覆外层金属的熔点。
包覆外层金属在被包覆金属颗粒中具有相对的溶解度，或者包覆外层金属与被包覆金属颗粒中的某一合金元素形成金属间化合物，当颗粒完全熔化后，包覆外层金属与内部被包覆金属颗粒发生元素互混或扩散而形成合金。
所述复合结构粉末为球形或近球形粉末，其颗粒尺寸为20μm～200μm。
包覆外层金属的厚度为1～15μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，由较高熔点金属包覆较低熔点金属合金粒子而构成壳核复合结构粉末，包覆层与被包覆金属合金之间界面通过牢固的冶金结合复合在一起，从而使包覆层与被包覆金属合金之间的界面具有足够的结合强度，将该复合结构粉末作为热喷涂粉末在焰流中加热时，在粒子完全熔化之前不发生包覆层与被包覆合金粒子的分离脱落。由于外层包覆层金属的熔点高而将被包覆粒子整体加热到与熔融状态的外层高熔点金属相同的温度，在外层包覆金属达到熔点以后，外层熔融金属将作为合金元素与被包覆金属合金发生混合、溶解或扩散而形成合金。由于整体粒子温度显著提升，该高温熔融金属合金粒子在碰撞基体或先沉积的粒子表面过程中，从粒子向基体的传热使得粒子与基体界面的温度大幅度提升至超过基体 (或前面已沉积的粒子)的熔点，从而引起基体局部熔化而在界面产生冶金结合反应，实现沉积粒子与基体的冶金粘结、不断沉积的粒子之间的冶金自粘结。与传统金属粉末相比，采用该复合结构粉末制备的金属合金涂层，涂层与基体间、涂层中粒子层界面之间由于发生冶金结合反应，使得界面结合牢固，从而大幅度提高涂层与基体的结合强度、涂层内粒子层间的内聚结合强度，确保在外载荷(如拉伸应力、摩擦磨损与磨料磨损过程中的局部应力、冲击或震动引起的应力、不同幅值交变疲劳应力)作用下避免粒子界面间的大量未结合界面引起的过早失效，从而保证了涂层的长期使用稳定性。本发明针对现有喷涂金属合金粉末材料，难以在熔融粒子沉积过程中实现冶金自粘结反应、难以获得粒子间结合良好的致密涂层问题通过粉末设计与制备提供了有效的解决途径。
附图说明
图1为原始Ni20Cr粉末及Mo粉形貌；其中，(a)为Ni20Cr粉末；(b) 为Mo粉；
图2球磨机械合金化方法制备的Mo包覆Ni20Cr壳核复合结构粉末颗粒经1000℃x40min保护气氛热处理后断面组织；(a)低倍整体形貌；(b)高倍界面特征；(c)Mo层与NiCr之间存在Mo扩散层而形成了冶金结合；
图3本方法制备的Mo包覆Ni20Cr粉末等离子喷涂沉积在镍基合金表面上的单个粒子断面形貌及元素线扫描结果；(a)为单个粒子断面形貌；(b)为元素线扫描结果。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
以如图1(a)所示的粒度介于50-75μm的球形Ni20Cr粉末和图1(b) 所示的亚微米Mo粉为原始粉末，将两者以质量比25/75混合均匀后，用球磨方法在氩气氛保护下进行球磨包覆。包覆处理后再经1000℃，30min保护气氛热处理后的结果如图2所示，由图2(a)包覆粉末断面形貌看出，Mo粉以厚度约10μm均匀致密地包覆在Ni20Cr粉末外层，由图2(b)看出，在包覆层 (呈白色对比度)与NiCr合金之间形成了扩散层，即Mo包覆层与被包覆的 NiCr以冶金结合包覆在一起，图2(c)的粉末能谱分析表明在Mo层与NiCr 之间存在Mo扩散层而形成了冶金结合。
由图3(a)所示在镍基合金表面用Mo包覆NiCr粉末粒子沉积的单个粒子断面形貌可以看出，熔融包覆粒子碰撞Ni基合金基体后，基体表面形成了明显的熔池，即发生了Mo-NiCr熔融粒子碰撞镍基合金表面时发生了碰撞熔化现象；且由图3(b)单个粒子与基体界面处的元素线扫描分析结果可以看出，在界面处明显形成了的元素互混现象。由以上结果可以看出本发明制备的包覆颗粒在熔融状态碰撞同类合金基体时，由于本发明的包覆结构粒子能显著提升粒子温度而引起基体表面局部熔化，从而产生冶金结合。
将该壳核结构Mo包NiCr复合粉末作为等离子喷涂原料进行涂层的制备。根据ASTMC633标准测试涂层的结合强度显示，由该方法制备的Mo包覆 75～100μm的NiCr复合结构粉末沉积的复合涂层的拉伸强度超过74.5MPa，因所有涂层试样测试时断裂都发生在粘结剂的胶层中，说明无论涂层与基体的结合强度，还是涂层内沉积粒子内部的内聚结合强度都超过上述测试值；而同样条件制备的Ni20Cr涂层的结合强度仅为35MPa。
由以上结果可以看出，采用高熔点Mo包覆低熔点Ni基合金粉末颗粒制备的复合结构粉末，在等离子射流中加热时，由于Mo的包覆使得粒子温度得到显著提升，而在碰撞基体过程中产生冶金反应，实现自粘结效应，从而显著提高涂层与基体间以及涂层中粒子层间界面结合强度。
实施例2
采用直径为0.5μm～2μm的Mo与直径50-100μm的镍基自熔合金粉末 (Ni35粉末)，在N2保护气氛下通过机械合金化求磨5h，将Mo颗粒均匀覆盖在镍基合金表面，在氢气气氛下900℃热处理6h，获得金属Mo牢固包覆的 Ni35粉末。
实施例3
采用原始颗粒尺寸为亚微米的羟基Ni粉与粒度为40-100μm的Zn粉为原始粉末，以质量比15/85的比例混合后，在Ar保护气氛下通过机械合金化求磨4h，将Ni均匀包覆在镍基合金表面，获得金属Ni包覆的Zn喷涂粉末。
实施例4
采用1kg的100-200μm的Ni60合金粉末，将其置于化学气相沉积装置中，反应器内温度为160℃～260℃，处理时间为2h，以Ar将沉积源Mo(CO)6气体送入反应室内，在Ni60粉末表面进行化学气相Mo沉积，其中反应器每10min 旋转粉料反应器30秒，连续5小时后获得1-3μmMo均匀包覆的Ni60复合粉末。
实施例5
采用2kg的粒径为100-150μm的304不锈钢粉末合金粉末，将其置于化学气相沉积装置中，反应器内温度为800～1000℃，处理时间为3h，以Ar将沉积源MoCl5气体送入反应室内，在不锈钢粉末表面进行化学气相Mo沉积，其中反应器每20min旋转粉料反应器15秒，连续2小时后获得～4μmMo均匀包覆的不锈钢复合粉末。
实施例6
采用3kg的80-125μm的Ni-50Cr粉末，将其置于化学气相沉积装置中，反应器内温度为800～1000℃，处理时间为2.5h，以Ar将沉积源ZrCl5气体送入反应室内，在Ni-50Cr粉末表面进行化学气相Zr沉积，其中反应器每15min 旋转粉料反应器20秒，连续3小时后获得～3μmZr均匀包覆的Ni-50Cr复合粉末。
综上所述，本发明方法针对现有喷涂金属合金粉末材料，难以在熔融粒子沉积过程中实现冶金自粘结反应、难以获得粒子间结合良好的致密涂层问题，提出了一种由较高熔点金属包覆较低熔点金属合金粒子而构成壳核复合结构金属合金粉末的金属粉末设计方法，由外包覆层高熔点金属抑制低熔点合金元素在等离子射流中快速加热时的蒸发，提高整体粒子的加热速度，将所包覆的较低熔点金属合金粒子加热至与熔融包覆金属相当的高温，包覆层与被包覆合金之间通过热处理形成冶金结合，复合结构粉末采用物理方法包覆时，通过热扩散处理形成冶金结合，热扩散处理温度为被包覆金属材料熔点的0.5～0.85倍温度，热扩散处理时间0.2～6h小时。由此在粒子碰撞基体或已沉积的涂层) 表面时通过界面附近的基体表面层熔化而发生冶金反应，实现冶金粘结与持续的冶金自粘结效应。

Claims (8)

1.一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，该金属合金粉末是由包覆外层金属与被包覆金属颗粒构成的复合结构粉末，包覆外层金属均匀包覆于被包覆金属颗粒表面；包覆外层金属的熔点大于被包覆金属颗粒的熔点；包覆层与被包覆金属颗粒之间通过冶金结合形成复合结构粉末；包覆外层金属为金属单质，被包覆金属颗粒为金属单质或金属合金；当复合结构粉末被加热直至完全熔化时，包覆层不发生与被包覆芯部脱落的现象；所述复合结构粉末是将包覆外层金属通过物理方法、化学方法或物理化学方法包覆于被包覆金属颗粒外表面制得。
2.根据权利要求1所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，复合结构粉末采用物理方法包覆时，通过热扩散处理形成冶金结合，热扩散处理温度为被包覆金属材料熔点的0.5～0.85倍温度，热扩散处理时间0.2～6h小时。
3.根据权利要求1所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，所述复合结构粉末为Ni包覆Zn或Zn合金，Ni包覆Cu或Cu合金，Fe包覆Al或Al合金，难熔金属包覆Ni或Ni基合金，或者难熔金属包覆Fe或Fe 基合金。
4.根据权利要求3所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，难熔金属为Ta、Nb、Mo或W。
5.根据权利要求1所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，被包覆金属颗粒中的任一合金元素的沸点高于包覆外层金属的熔点。
6.根据权利要求1所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，包覆外层金属在被包覆金属颗粒中具有相对的溶解度，或者包覆外层金属与被包覆金属颗粒中的某一合金元素形成金属间化合物，当颗粒完全熔化后，包覆外层金属与内部被包覆金属颗粒发生元素互混或扩散而形成合金。
7.根据权利要求1所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，所述复合结构粉末为球形或近球形粉末，其颗粒尺寸为20μm～200μm。
8.根据权利要求1所述的一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末，其特征在于，包覆外层金属的厚度为1～15μm。
CN201610192721.6A 2016-03-30 2016-03-30 一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末 Active CN105642885B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610192721.6A CN105642885B (zh) 2016-03-30 2016-03-30 一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610192721.6A CN105642885B (zh) 2016-03-30 2016-03-30 一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105642885A CN105642885A (zh) 2016-06-08
CN105642885B true CN105642885B (zh) 2018-10-30

Family

ID=56496578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610192721.6A Active CN105642885B (zh) 2016-03-30 2016-03-30 一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105642885B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106077670B (zh) * 2016-08-03 2018-07-24 杭州科技职业技术学院 复合共沉积—共烧结制备超细合金粉末的方法
DE102016216859A1 (de) 2016-09-06 2018-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils mit einem pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren und Pulver zur Verwendung in einem solchen Verfahren
CN106947935B (zh) * 2017-05-09 2019-08-02 中国科学院兰州化学物理研究所 一种热喷涂制备耐磨涂层的方法
CN107236921B (zh) * 2017-06-19 2019-03-05 河北工业大学 一种氮化物陶瓷-非晶复合涂层的制备方法
CN107761035B (zh) * 2017-11-07 2020-03-31 西安交通大学 一种耐腐蚀的完全致密热喷涂金属合金涂层及其制备方法
CN108220860A (zh) * 2017-12-21 2018-06-29 中国科学院兰州化学物理研究所 一种梯度复合耐磨耐蚀涂层的制备方法
CN108155162A (zh) * 2018-01-03 2018-06-12 梧州三和新材料科技有限公司 一种无胶贴合的三维高导热高放热片及其制备方法
CN108411243B (zh) * 2018-03-29 2020-10-16 北京工业大学 一种高结合强度的等离子喷涂涂层材料及其制备方法
CN109518117A (zh) * 2018-11-29 2019-03-26 西安交通大学 一种应用于等离子喷涂的金属粉末
BR112021010218A2 (pt) * 2018-12-13 2021-08-24 Oerlikon Metco (Us) Inc. Material metálico mecanicamente ligado de revestimento por aspersão térmica e método de revestimento por aspersão térmica utilizando o mesmo
US20220226892A1 (en) * 2019-03-18 2022-07-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional object formation
CN110144540B (zh) * 2019-06-13 2021-06-22 深圳大学 包层第一壁钨复合涂层及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1431336A (zh) * 2003-01-17 2003-07-23 西安交通大学 铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法
CN101058881A (zh) * 2007-06-04 2007-10-24 西安交通大学 金属间化合物涂层的制备方法
CN101545087A (zh) * 2009-04-24 2009-09-30 山东大学 微复合Fe-Al/Al2O3陶瓷涂层及其制备方法
CN101613852A (zh) * 2009-08-12 2009-12-30 上海君山表面技术工程股份有限公司 复合结构涂层及其喷涂方法
CN102560178A (zh) * 2012-02-20 2012-07-11 西安交通大学 一种多孔材料的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202044C (zh) * 2003-06-19 2005-05-18 上海交通大学 仿生结构陶瓷复合粉体的制备方法
KR100946196B1 (ko) * 2005-08-17 2010-03-08 아주대학교산학협력단 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 금속
CN103691938A (zh) * 2014-01-01 2014-04-02 北京矿冶研究总院 金属包覆粉末表面合金化方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1431336A (zh) * 2003-01-17 2003-07-23 西安交通大学 铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法
CN101058881A (zh) * 2007-06-04 2007-10-24 西安交通大学 金属间化合物涂层的制备方法
CN101545087A (zh) * 2009-04-24 2009-09-30 山东大学 微复合Fe-Al/Al2O3陶瓷涂层及其制备方法
CN101613852A (zh) * 2009-08-12 2009-12-30 上海君山表面技术工程股份有限公司 复合结构涂层及其喷涂方法
CN102560178A (zh) * 2012-02-20 2012-07-11 西安交通大学 一种多孔材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An effective approach for creating metallurgical self-bonding in plasma-spraying of NiCr-Mo coating by designing shell-core structured powders;Jia Jia Tian等;《Acta Materialia》;20160321;第19-30页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105642885A (zh) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105642885B (zh) 一种具有包覆复合结构的热喷涂自粘结金属合金粉末
CN105603356B (zh) 高结合强度及内聚强度金属涂层及热喷涂制备方法和应用
Prashar et al. Structure-property correlation and high-temperature erosion performance of Inconel625-Al2O3 plasma-sprayed bimodal composite coatings
Vasudev et al. A study on processing and hot corrosion behaviour of HVOF sprayed Inconel718-nano Al2O3 coatings
Tian et al. An effective approach for creating metallurgical self-bonding in plasma-spraying of NiCr-Mo coating by designing shell-core-structured powders
CN107761035B (zh) 一种耐腐蚀的完全致密热喷涂金属合金涂层及其制备方法
Ang et al. Deposition effects of WC particle size on cold sprayed WC–Co coatings
Huang et al. Post-spray modification of cold-sprayed Ni-Ti coatings by high-temperature vacuum annealing and friction stir processing
Nikbakht et al. Cold spray deposition characteristic and bonding of CrMnCoFeNi high entropy alloy
JPH01119657A (ja) 溶射被覆超合金製品
CN104451655A (zh) 抗高温材料用表面合金涂层复合材料、涂层及其制备方法
JP2018524466A (ja) コールドガススプレーコーティング法及び組成物
CN101144159A (zh) 一种纳米/亚微米TiB-TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti的制备方法
CN101736248B (zh) 含铝-硅-锌-稀土-镁-铁-铜-锰-铬-锆的热浸镀合金及其制备方法
CN106493348B (zh) 一种TiAl3／Al2O3复合粉末及其制备方法和应用
JP2017122275A (ja) 被覆物品及び製造方法
Li et al. Recent research advances in plasma spraying of bulk-like dense metal coatings with metallurgically bonded lamellae
CN101532141A (zh) 一种在铝合金表面原位生成铝化物强化层的方法
Ghadami et al. Characterization of MCrAlY/nano-Al 2 O 3 nanocomposite powder produced by high-energy mechanical milling as feedstock for high-velocity oxygen fuel spraying deposition
CN101736217B (zh) 含铝-硅-锌-稀土-镁-铁的热浸镀合金及其制备方法
Prashar et al. High-temperature oxidation behavior of direct-aged bimodal Al2O3-reinforced Inconel625 plasma sprayed composite coatings
JP3853322B2 (ja) 溶射用粉末複合材料、溶射皮膜被覆部材およびその部材の製造方法
Xia et al. Cold sprayed W/Ni/Fe alloy coating: Microstructure and mechanical properties
Cui et al. Thermal durability of thermal barrier coatings with bond coat composition in cyclic thermal exposure
Khandanjou et al. Influences of substrate temperature on microstructure and corrosion behavior of APS Ni50Ti25Al25 inter-metallic coating

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant