CN107675025A - 低压冷气动力喷涂用镍基粉末及制备方法 - Google Patents
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Abstract
低压冷气动力喷涂用镍基粉末及制备方法，按质量百分比计，其组分为：镍粉55~75%，Al2O3粉25~45%，各组分的质量百分比之和为100%。制备方法的步骤为：（1）选取粒度范围为10‑40μm、形状为呈絮状的、由电解法制备得到的镍粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；（2）将粉体材料烘干；（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用镍基粉末；上述步骤中的第（2）步骤与第（3）步骤可以交换顺序。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备技术，具体涉及低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备技术。
背景技术
冷气动力喷涂根据使用压缩气体的压力可以分为高压冷气动力喷涂与低压冷气动力喷涂。高压冷气动力喷涂使用的压缩气体压力为15个大气压以上，低压冷气动力喷涂使用的压缩空气为10个大气压以下。高压冷气动力喷涂制备过程中气体压力大，粉末沉积形成涂层的效果好、能力强，可以制备任意厚度的涂层。因为高压冷气动力喷涂对高压的需求，造成高压冷气动力喷涂设备昂贵、喷涂工装投资大、涂层制备成本高。相比之下，低压冷气动力喷涂设备小、造价低，涂层制备成本低；因此低压冷气动力喷涂技术具有很大的商业竞争能力与发展前景。
冷气动力喷涂制备涂层的过程中存在着粉体颗粒在基体表面的沉积与粉体颗粒对基体表面的冲蚀两种效应。当粉体颗粒的沉积效应大于粉体颗粒的冲蚀效应时，基体表面会沉积一层涂层；当粉体颗粒的冲蚀效应大于粉体颗粒的沉积效应时，基体表面会形成粗糙的冲蚀面，不会有涂层形成。当粉体颗粒速度超过一个速度临界值的时候，粉体在基体上会表现出沉积效应；当粉体颗粒速度小于这个临界值的时候，粉体颗粒表现出来的使冲蚀效应。低压冷气动力喷涂使用的气体压力小，粉体颗粒在气流中获得的能量比高压冷气动力喷涂的小，粉末颗粒撞击基体的瞬时速度小；而粉体颗粒撞击基体时的速度小造成粉体在基体表面更容易出现冲蚀效应，最终导致涂层厚度上不去，或者无法形成有效的涂层。普通的镍粉在低压冷气动力喷涂过程中，由于其颗粒硬度高、塑性好、延展性高，在撞击到基体上后，剧烈冲蚀基体；且剧烈的塑性变形，产生大量的热，降低了沉积在基体表面的镍粉颗粒与基体之间的结合力；后续的高速镍粉颗粒对其容易形成冲蚀作用，造成镍基涂层厚度无法提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种低压冷气动力喷涂用镍基粉末及制备方法。
本发明是低压冷气动力喷涂用镍基粉末及制备方法，低压冷气动力喷涂用镍基粉末，按质量百分比计，其组分为：镍粉55~75%，Al2O3粉 25~45%，各组分的质量百分比之和为100%。
低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备方法，其步骤为：
（1）选取粒度范围为10-40μm、形状为呈絮状的、由电解法制备得到的镍粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用镍基粉末；上述步骤中的第（2）步骤与第（3）步骤可以交换顺序。
本发明具有以下有益效果：本发明所得的低压冷气动力喷涂用镍基粉末有很好的低压冷气动力喷涂的性能；使用本发明所得的低压冷气动力喷涂用镍基粉末，在普通钢材、铜合金和铝合金等基体上进行低压冷气动力喷涂，涂层厚度可以超过10mm。本发明所得的低压冷气动力喷涂用镍基粉末可以用于低压冷喷涂修复或制造零件，为零件的修复与制造带来方便且能节约成本。
使用本发明所得的低压冷气动力喷涂用镍基粉末可以对电阻丝和航空涡轮叶片等承受高温和高冲击部分的零件进行低压冷气动力喷涂制备或者修复，提高此种零件的高温耐磨损性能和高温耐冲击性能，增加其使用寿命，降低此种零件的制备或维修成本；还可以对吸波屏蔽材料与太阳能阻挡层进行低压冷气动力喷涂制备或者修复，以保证其对磁性的特殊工况需要；本发明所得的低压冷气动力喷涂用镍基粉末还可以对易腐蚀部分的零件进行低压冷气动力喷涂制备或者修复，低压冷气动力喷涂制备的镍基涂层能提高碱性蓄电池和多孔过滤器与溶液接触部分的耐腐蚀性能，还能保证零件的使用性能，增加其使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中低压冷气动力喷涂用镍基粉末的形貌图，图2是T2紫铜基体上低压冷气动力喷涂镍基涂层的截面图，图3是LY12铝合金基体上低压冷气动力喷涂镍基涂层的截面图。
具体实施方式
本发明是低压冷气动力喷涂用镍基粉末，按质量百分比计，其组分为：
镍粉55~75%，Al2O3粉 25~45%，各组分的质量百分比之和为100%。
以上所述的低压冷气动力喷涂用镍基粉末，配制该镍基粉末使用的镍粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-40μm；其中镍粉是由电解法制备的镍粉，其形状呈絮状；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备方法，其步骤为：
（1）选取粒度范围为10-40μm、形状为呈絮状的、由电解法制备得到的镍粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用镍基粉末；上述步骤中的第（2）步骤与第（3）步骤可以交换顺序，并不影响低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备与性能。如图1所示，为本发明实施例中低压冷气动力喷涂用镍基粉末的形貌图。
实施例1：
在此实施例中，本发明提供的低压冷气动力喷涂用镍基粉末，由以下质量百分比的原料制备而成：镍粉55%，Al2O3粉 45%，各组分的质量百分比之和为100%；配制该镍基粉末使用的镍粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-40μm；其中镍粉是由电解法制备的镍粉，其形状为絮状的颗粒；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
本发明实例还提供了上述低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备方法，包括如下步骤：
（1）选取粒度范围为10-40μm、其形状为絮状的镍粉（由电解法制备得到）和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用镍基粉末；上述步骤中的第（1）步骤与第（3）步骤可以交换顺序，并不影响低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备与性能。
本具体实施配方中镍粉是形状为絮状的电解镍粉，絮状的镍粉颗粒在低压冷气动力喷涂的气流中相比球形镍粉颗粒会增大牵引力，这会使类状的镍粉颗粒的飞行速度大于球形镍粉颗粒的飞行速度。增大的镍粉颗粒飞行速度，会让镍粉颗粒的动能、使镍粉更容易沉积。
如图2所示，本具体实施配方中α相Al2O3粉末是多边形的颗粒。多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以让镍粉颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高涂层沉积的厚度。同时，多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其硬度大于镍粉颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进镍粉颗粒的塑性变形，减少涂层中的孔隙，提高涂层内部的结合强度。这样，随着多边形的α相Al2O3粉末颗粒的加入，解决了镍粉由于硬度高、塑性好、延展性高造成的涂层厚度无法提高的问题。
使用本发明提供的低压冷喷涂用镍基粉末在T2紫铜基体上制备厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，涂层截面如图2所示。图2的左边为T2紫铜基体，右边是使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用镍基粉末制备得到的低压冷气动力喷涂镍基涂层。在图2中基体与涂层之间有明显的界面；涂层致密，没有明显的孔隙。图2中低压冷气动力喷涂用镍基粉末中的电解镍粉变形良好，在涂层中完全看不出原有的电解镍粉形貌；低压冷气动力喷涂用镍基粉末中的α相Al2O3粉末颗粒均匀分布在涂层中，与涂层结合良好。这是因为，低压冷气动力喷涂过程中，多边形的α相Al2O3粉末颗粒能持续活化粉末沉积的界面，促使低压冷气动力喷涂用镍基粉末不断沉积，形成涂层，促使涂层厚度增长。另外多边形的α相Al2O3粉末颗粒可以促进电解镍粉充分变形，提高涂层的致密度，减少涂层中的孔隙。在涂层中，我们可以看到很多细小的α相Al2O3粉末颗粒；这些颗粒是因为α相Al2O3粉末颗粒高速撞击涂层沉积界面后，产生的微裂纹；α相Al2O3粉末颗粒周围的镍基涂层塑性变形，促使产生裂纹的α相Al2O3粉末颗粒裂纹扩展、破碎、分离；最终形成的镍基涂层中具有尺寸较小的α相Al2O3粉末颗粒。
实施例2：
在此实施例中，本发明提供的低压冷气动力喷涂用镍基粉末，由以下质量百分比的原料制备而成：镍粉75%，Al2O3粉 25%，各组分的质量百分比之和为100%；配制该镍基粉末使用的镍粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-40μm；其中镍粉是由电解法制备的镍粉，其形状为为絮状的颗粒；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
本发明实例还提供了上述低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备方法，包括如下步骤：
（1）选取粒度范围为10-40μm、形状为为絮状的镍粉（由电解法制备得到）和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用镍基粉末；上述步骤中的S2与S3可以交换顺序，并不影响低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备与性能。
本具体实施配方中镍粉是形状为絮状的电解镍粉颗粒，絮状的镍粉颗粒在低压冷气动力喷涂的气流中相比球形镍粉颗粒会增大牵引力，这会使类状的镍粉颗粒的飞行速度大于球形镍粉颗粒的飞行速度。增大的镍粉颗粒飞行速度，会让镍粉颗粒的动能、使镍粉更容易沉积。
本具体实施配方中α相Al2O3粉末是多边形的颗粒。多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以让镍粉颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高涂层沉积的厚度。同时，多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其硬度大于镍粉颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进镍粉颗粒的塑性变形，减少涂层中的孔隙，提高涂层内部的结合强度。这样，随着多边形的α相Al2O3粉末颗粒的加入，解决了镍粉由于硬度过大、塑性好、延展性高造成的涂层厚度无法提高的问题。
使用本发明提供的低压冷喷涂用镍基粉末在LY12铝合金基体上制备厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，涂层截面如图3所示。图3的左边为LY12铝合金基体，右边是使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用镍基粉末制备得到的低压冷气动力喷涂镍基涂层。在图3中基体与涂层之间有明显的界面；涂层致密，没有明显的孔隙。图3中低压冷气动力喷涂用镍基粉末中的电解镍粉变形良好，在涂层中完全看不出原有的电解镍粉形貌；低压冷气动力喷涂用镍基粉末中的α相Al2O3粉末颗粒均匀分布在涂层中，与涂层结合良好。这是因为，低压冷气动力喷涂过程中，多边形的α相Al2O3粉末颗粒能持续活化粉末沉积的界面，促使低压冷气动力喷涂用镍基粉末不断沉积，形成涂层，促使涂层厚度增长。另外多边形的α相Al2O3粉末颗粒可以促进电解镍粉充分变形，提高涂层的致密度，减少涂层中的孔隙。在涂层中，我们可以看到很多细小的α相Al2O3粉末颗粒；这些颗粒是因为α相Al2O3粉末颗粒高速撞击涂层沉积界面后，产生的微裂纹；α相Al2O3粉末颗粒周围的镍基涂层塑性变形，促使产生裂纹的α相Al2O3粉末颗粒裂纹扩展、破碎、分离；最终形成的镍基涂层中具有尺寸较小的α相Al2O3粉末颗粒。
在以上具体实施例中，使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用镍基粉末在两种不同的基体上制备了厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，旨在证明，本发明提供的低压冷气动力喷涂用镍基粉末可以在多种工程材料基体上制备低压冷气动力喷涂涂层，且涂层的厚度可以达到10mm以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.低压冷气动力喷涂用镍基粉末，其特征在于，按质量百分比计，其组分为：
镍粉55~75%，Al2O3粉 25~45%，各组分的质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的低压冷气动力喷涂用镍基粉末，其特征在于，配制该镍基粉末使用的镍粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-40μm；其中镍粉是由电解法制备的镍粉，其形状呈絮状；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
3.根据权利要求1所述的低压冷气动力喷涂用镍基粉末的制备方法，其特征在于，其步骤为：
（1）选取粒度范围为10-40μm、形状为呈絮状的、由电解法制备得到的镍粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用镍基粉末；上述步骤中的第（2）步骤与第（3）步骤可以交换顺序。
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