[發明專利]阻止熱噴涂中金屬氧化的方法

有效

• 申請號: 201080010476.3
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN102388158A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: T·蘇霍南;T·瓦里斯;E·圖魯南;T·里特沃南
• 申請（專利權）人: VTT科技研究中心
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;B05D1/12;B22F9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孫秀武;艾尼瓦爾

本發明涉及阻止熱噴涂中金屬氧化的方法以及涂覆金屬粉末的方法。

之前，人們通過將待噴涂材料合金化，由此使混合物的氧親和力降低，來努力將氧化程度減到最少。但是，采用昂貴的合金化劑卻不能完全阻止涂層上氧化物層的產生。

另外一種解決方法是真空等離子體噴涂(VPS)，憑借該方法可獲得完全無氧的涂層，但是由于其制備成本相當高，只有絕對有必要時該方法才使用。例如，由于高制備成本，涂覆燃氣輪機時就積極地傾向于避免采用VPS涂覆。

公開號為6376103的美國專利申請描述了金屬粉末的制備，其可用在通過熱噴涂產生的涂層。該申請的金屬粉末被制備成金屬碳化物復合材料燒結體，從而粉末粒子本身中包含有碳化物。

因此，針對不同金屬和合金優化碳化物的量是本發明的最大挑戰。該量應該足以使熱噴涂涂層不被氧化，但也不能太高以致在涂層中留下太多未反應的碳化物。噴涂中碳的釋放速度取決于所采用是何種碳化物。當碳從碳化物中釋放出來時，碳化物的金屬成分留存于涂層中，借此碳化物還應當根據其適用性進行選擇。

大體上，熱噴涂金屬涂層中最大的問題之一是其脆性，以及一般地，其弱耐腐蝕性。所不變的是，在所有的熱噴涂金屬涂層的應用中，例如導電/導熱層、防腐蝕涂層或燃氣輪機熱障涂層(TBC)，其趨勢都是想獲得盡可能被氧化得少的涂層。為了使噴涂中氧化的程度最小，就必須在這些應用中采用相當復雜和昂貴的金屬合金。

依據本發明所述方法有能力排除之前已知方案中出現的問題。由于本發明能采用較便宜的材料，依據本發明所述方法在經濟上具有相當的優勢。

在權利要求1的特征部分對本發明這種阻止熱噴涂中金屬氧化的方法的特征進行了描述。

接著，權利要求4對依據本發明的熱噴涂涂層的特征也進行了描述，而權利要求8對依據本發明涂覆金屬粉末的方法的特征進行了描述。

結合附圖1對本發明的一個實施方式進行具體闡述，圖1表示了依據本實施方式發生的反應。

本發明涉及一種阻止熱噴涂中金屬氧化的方法，其中納米碳化物附著在金屬粉末表面，然后，被包裹的金屬粉末經過熱噴涂法噴涂，在物體(即，可被熱噴涂法噴涂的基體)表面上形成金屬涂層，由此納米碳化物在噴涂的熔融狀態下在金屬粉末粒子表面上提供碳化物的還原反應，使得熔融金屬液滴的表面無法被氧化。

本發明還涉及采用所述方法所制備的熱噴涂涂層，還涉及一種涂覆用于熱噴涂中的所述金屬粉末的方法。

當熔融液滴在物體表面固化時，形成熱噴涂涂層。在常規方法中，在噴涂過程中熔融金屬液滴可以與周圍的氧發生反應，從而在涂層中形成氧化物層。附著于用于熱噴涂涂覆的金屬粉末表面的納米碳化物(例如碳化鎢或WC)，在噴涂過程中防止金屬的氧化。該碳化物按照受控方式釋放碳，碳與周圍的氧反應，形成氣態化合物(CO，CO₂)，從而熔融金屬液滴表面不能被氧化。按照這種方法，涂層中就沒有氧化物層形成。純碳與周圍氧的反應過于迅速，從而保護功能不能得以實現。

熱噴涂金屬涂層最大的問題涉及脆性和弱耐腐蝕性，這是氧化物層所帶來的。

圖1中，叫做“氧吞噬性”碳化物的材料的作用是在金屬粒子表面上提供還原反應來抵消在熔融狀態下所產生的氧化作用。由于碳化物被破壞，當檢驗碳化物金屬基體復合材料涂層時可觀察到該現象，其目的在于避免涂層中的碳損失。例如，WC在涂布過程中分解為碳和金屬鎢。根據本發明，同樣的現象可被用來提供受控的還原反應，其中釋放中的碳與氧反應，形成二氧化碳，同時保護金屬不被氧化。

本發明中采用的是通過水基合成法(一種經濟有效的制備納米碳化物的方法)制備納米碳化物的技術。可改變該方法使納米碳化物從含水漿料直接生成至金屬粒子表面。這幾乎不會增加粉末的制備成本。另外，還可以在這些應用中利用較為廉價的金屬，從而總成本將有相當程度的降低。無氧涂層也將打開一個廣闊的新應用空間，其中現有的金屬涂層的性能將不再足夠。

本發明適用于所有熱噴涂金屬粉末，而且其會對熱噴涂金屬粉末的制造產生變革，并且能實現在越來越多的應用中利用金屬涂層。