CN1318637C - 电弧喷涂用的金属间化合物粉芯丝材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧喷涂用的金属间化合物粉芯丝材的制备方法，它包括以下步骤：将粒度为38～44μm、纯度≥99.5%的铝粉和将粒度为61～53μm、纯度≥99.5%的铁(镍)粉按照原子个数比为1∶1的比例混合，将混好后的粉料在液压机上压制成压坯，表面再涂一薄层石墨粉后置于真空燃烧室中，使之发生自蔓延反应，获得疏松金属间化合物块状体，经过粉碎、研磨、筛分，选取200～325目不同粒度范围的粉体材料，最后再进行干燥，然后用现有的粉芯丝材加工方法制成Fe(Ni)-Al系金属间化合物粉芯丝材。该方法喷涂工艺性好，涂层性能好，性价比高，使用温度范围广，工艺过程简单，能耗低。

Description

电弧喷涂用的金属间化合物粉芯丝材的制备方法

技术领域

本发明属于电弧喷涂用的金属间化合物粉芯丝材的制备方法。

技术背景

电弧喷涂技术在解决材料的高温腐蚀与防护领域应用非常普遍，在电力、煤碳、冶金等领域均有广泛应用。如电站锅炉中的“四管”，即过热器管、再热器管、省煤器管和水冷壁管，因为受到含有硬质颗粒及腐蚀性介质的冲刷磨损和腐蚀而导致爆管停机的问题，是电厂生产中主要隐患之一。采用电弧喷涂技术获得高性能的涂层已成为解决上述问题的主要手段之一。

在喷涂材料选择上，对于设备及结构件的普通防腐和防磨要求，采用铝、锌、铜、钼、中高碳钢等丝材，既可满足要求。而对于燃煤、燃油电厂锅炉管道的高温防磨防腐。采用一般材料难以达到满意的效果。可选用的材料目前已形成了两大系列：(1)实心丝材系列，主要包括CrNi、FeCrNi、FeCrAl、NiAl、NiCrAlFe等合金丝材，该类材料喷涂工艺性较好，一般不需要打底层即可直接喷涂，由于Cr、Al等抗氧化性元素含量较高，涂层耐腐蚀性较好，耐磨性稍有欠缺，一般使用在700℃以下腐蚀性场合。(2)粉芯丝材系列，比较常见的有NiCr、NiCrBSi、WC陶瓷等复合材料粉芯。该类材料喷涂工艺性相对较差，一般的先需喷涂打底层。涂层中一般含有大量的Cr、C、W等合金元素，在喷涂过程中能够形成陶瓷强化相，所的涂层耐磨性较好，主要应用在耐磨性要求较高的领域，价格也相对较为昂贵。在金属间化合物涂层材料的制备方面，目前国内有Fe₃Al、FeAl涂层制备的研究报道，制备方法是采用Fe粉和Al粉以当量原子比混合，获得粉芯丝材，在喷涂过程中化合形成金属间化合物涂层。但该方法存在反应不充分，金属间化合物相含量低等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有粉丝材料的不足，提供一种Ni(Fe)-Al系金属间化合物粉芯丝材料。

技术方案是，先制备金属间化合物粉体材料，具体步骤如下：1、采用自蔓延高温合成法制备出高纯Ni(Fe)-Al系金属间化合物块状材料：将粒度为38～44μm、纯度≥99-5％的铝粉和将粒度为61～53μm、纯度≥99.5％的铁(镍)粉按照Al、Fe(Ni)原子个数比为1∶1的比例混合，将混好后的粉料在液压机上以20Mpa左右的压力压制成压坯，表面再涂一薄层石墨粉后置于真空燃烧室中，用钨丝(燃烧室自带)预热到200～250℃，突然加大电流点燃，使之发生目蔓延反应，获得疏松金属间化合物块状体；2、将上述块状体粉碎、球磨成粉末；③筛分并选取200～325目不同粒度范围的粉体材料；3、将获取的粉体材料进行干燥，然后用现有的粉芯丝材加工方法制成Fe(Ni)-Al系金属间化合物粉芯丝材。

通过对Fe-Al及Ni-Al系金属间化合物形成的热力学分析知，该类金属间化合物在形成的过程中均为放热反应，采用自蔓延高温合成是一种行之有效的方法。自蔓延高温合成(简称SHS)工艺的特点是将粉末状反应物置于空气或惰性气氛下引燃，产生反应；化学反应所放出的热量以燃烧波形式向尚未反应的区域推进，使体系继续反应自我维持下去，直至整个反应物转化为产物才结束。工艺过程简单，能耗低，产品纯度高。

本发明的积极效果是：(1)将金属间化合物以涂层的方式的应用可以避免其脆性等不利因素的影响，充分发挥其耐蚀耐磨性能优异等特点，扩大该类材料应用范围；(2)涂层性能好，由于金属间化合物即具有高的硬度，如FeAl相硬度在HV1000以上，又含有大量的耐蚀性元素Al，该类涂层具有优异的耐蚀耐磨性；(3)喷涂工艺性好，无需打底层可直接喷涂，涂层和基体结合强度在45Mpa以上，并且涂层在使用过程中稳定性好，能够很好的满足工业需要；(4)性价比高，这也是本材料一个突出的优点，不含有较贵重元素Cr，材料成本低。(5)使用温度范围广，用于耐蚀，使用温度可高于1000℃，用于耐磨，在800℃左右使用均具有较为理想的效果；(6)用自蔓延高温合成法制备出金属间化合物，工艺过程简单，能耗低，对制件的外形和致密度无要求，工艺参数的调整较为灵活一些。

具体实施方式

实施例一，以Fe-Al系金属间化合物粉芯丝材的制备方法为例对本发明的技术方案作进一步描述：

(1)将细度为230目、纯度为99.5％的铝粉4kg和细度为325目、纯度为99.5％的铁粉8.4kg均匀混合；

(2)将混好后的粉料注入液压机Φ20cm的钢模中，施以20Mpa的压力压制成直径为20cm的坯块；

(3)将坯块表面涂上碳粉后置于抽成真空的燃烧室中，用钨丝预热2分钟，突然加大电流点燃，使之发生自蔓延反应，获得疏松块状金属间化合物；

(4)将获得的金属间化合物粉碎，放入球磨机研磨，经筛分后选取200～350目不同粒度范围的Fe-Al系金属间化合物粉体材料。

(5)以该材料作为粉芯按照现有的粉芯丝材加工方法制成Fe-Al系金属间化合物粉芯丝。

实施例二，将上述铁粉改为镍粉，取镍粉8.8kg、铝粉4kg，按照上述实施一的方法进行，获得Ni-Al系金属间化合物粉芯丝材。

Claims (2)

1、一种电弧喷涂用的金属间化合物粉芯丝材的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)采用自蔓延高温合成法制备出高纯Ni-Al系金属间化合物块状材料：将粒度为38～44μm、纯度≥99.5％的铝粉和将粒度为61～53μm、纯度≥99.5％的镍粉按照镍、铝原子个数比为1∶1的比例混合，将混好后的粉料在液压机上以20Mpa的压力压制成压坯，表面再涂一薄层石墨粉后置于真空燃烧室中，预热到200～250℃，突然加大电流点燃，使之发生自蔓延反应，获得疏松金属间化合物块状体；

(2)将上述块状体粉碎、球磨成粉末，然后筛分获得200～325目的粉体材料；

(3)将获得的粉体材料进行干燥，再用现有的粉芯丝材加工方法制成Ni-Al系金属间化合物粉芯丝材。

2、一种电弧喷涂用的金属间化合物粉芯丝材的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)采用自蔓延高温合成法制备出高纯Fe-Al系金属间化合物块状材料：将粒度为38～44μm、纯度≥99.5％的铝粉和将粒度为61～53μm、纯度≥99.5％的铁粉按照铁、铝原子个数比为1∶1的比例混合，将混好后的粉料在液压机上以20Mpa的压力压制成压坯，表面再涂一薄层石墨粉后置于真空燃烧室中，预热到200～250℃，突然加大电流点燃，使之发生自蔓延反应，获得疏松金属间化合物块状体；

(2)将上述块状体粉碎、球磨成粉末，然后筛分获得200～325目的粉体材料；

(3)将获得的粉体材料进行干燥，再用现有的粉芯丝材加工方法制成Fe-Al系金属间化合物粉芯丝材。