[發(fā)明專利]制備含氮化鉻的噴涂粉末的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480005501.7
• 申請(qǐng)日: 2014-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN104936727B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B.格里斯;B.布呂寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 世特科表面技術(shù)及陶瓷粉末股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05;C22C29/16;C22C32/00;C23C4/06
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;石克虎

本發(fā)明涉及制備含氮化鉻的燒結(jié)的噴涂粉末的方法，其包括以下步驟：a)制備粉末混合物(A)，其包含i)粉末(B)，其包含一種或者多種選自Cr、CrN和Cr₂N的成分，和ii)粉末(C)，其包含一種或者多種選自鎳、鈷、鎳合金、鈷合金和鐵合金的成分，b)在含有氮?dú)獾臍怏w氣氛中固相燒結(jié)粉末混合物(A)，并且形成或者富集或者穩(wěn)定CrN。

本發(fā)明涉及制備含氮化鉻的燒結(jié)的噴涂粉末的方法。這種燒結(jié)的噴涂粉末可以通過(guò)熱噴涂用于涂敷磨損部件、結(jié)構(gòu)部件或者工具。特別地，借助本發(fā)明方法制備的噴涂粉末可以用于受強(qiáng)烈應(yīng)力的摩擦副中的磨損部件、結(jié)構(gòu)部件和工具的表面涂敷，當(dāng)該摩擦副傾向于摩擦焊接或者微型焊接(Mikroverschweiβung)時(shí)，例如在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、活塞式壓氣機(jī)或者活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)或者活塞桿中。

磨損對(duì)于使用壽命通常是決定性的。因此，摩擦學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)化對(duì)于使用者而言起直接提高使用壽命和因此降低成本的作用。相應(yīng)的部件配備有涂層，以改善摩擦學(xué)性能和磨損性能。類似于實(shí)心(Massiv)材料，涂層的特征在于多種和可憑經(jīng)驗(yàn)確定的性能。其中例如包括硬度、耐磨性和各種介質(zhì)中的腐蝕性能。然而在多種應(yīng)用情況中，面對(duì)第二摩擦配合件的涂層的摩擦性能是特別重要的。這例如是在鋼或者鑄鐵的導(dǎo)套中運(yùn)動(dòng)的經(jīng)涂敷的活塞桿。例如在經(jīng)涂敷的活塞環(huán)在例如灰口鑄鐵或者AlSi合金的套筒中運(yùn)動(dòng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，摩擦副“涂層/摩擦配合件”的性能是極重要的。特別在此類應(yīng)用中，CrN被證明是特別合適的。因此，由CrN構(gòu)成或者含有其的涂層很大程度地經(jīng)由PVD(物理氣相沉積)施涂到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、活塞式壓縮機(jī)和類似的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)上，而且也施涂到擠出機(jī)螺桿和類似部件上。這種層在最小磨損的同時(shí)允許高的運(yùn)行功率，并且在此期間廣泛地安置于機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域中。然而缺點(diǎn)是對(duì)于設(shè)備技術(shù)的高的資本需求，這僅對(duì)于大的件數(shù)和小尺寸的部件是經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于較大尺寸的部件或者較厚的層而言，迄今還不能夠借助PVD經(jīng)濟(jì)地施涂CrN。此外，在PVD層中隨著增大的層厚度產(chǎn)生應(yīng)力，其原因在于基材和層材料的不同的熱膨脹系數(shù)。這樣的應(yīng)力導(dǎo)致裂紋形成直至層脫落。其結(jié)果是對(duì)于多種應(yīng)用，在受強(qiáng)烈應(yīng)力的摩擦副中由于過(guò)小的層厚度不是足夠耐磨損(Verschleiβreserven)的。借助PVD制備的涂層具有低于10μm的低的粗糙度，這對(duì)于摩擦副是非常有利的。作為對(duì)于PVD的替代品，熱噴涂是合適的。熱噴涂粉末用于在基材上制備涂層。在此，將粉狀顆粒引入到指向應(yīng)涂敷的(通常金屬的)基材的燃燒火焰或者等離子體火焰中。在此，該顆粒在火焰中完全或者部分地熔化，撞擊到基材上，在那里凝固，并且以凝固的“薄片冷激金屬(Splats)”的形式形成涂層。通過(guò)熱噴涂制備的涂層可以具有最大若干100μm的層厚度，并且通常由一種或者多種通常陶瓷和/或金屬的組分構(gòu)成。在此，該金屬組分能夠通過(guò)塑性流動(dòng)減少熱誘導(dǎo)的層固有應(yīng)力，而陶瓷硬質(zhì)相調(diào)節(jié)該層的必需的磨損性能。此外，經(jīng)熱噴涂的層通常具有多孔性，這對(duì)于減少應(yīng)力是有利的。

在大規(guī)模工業(yè)上，用基于碳化鉬或者碳化鉻的熱噴涂粉末與金屬和合金，例如鎳、鉬、鎳鉻的組合來(lái)熱涂敷(“熱噴涂”)具有摩擦學(xué)調(diào)節(jié)的摩擦副，尤其活塞環(huán)和活塞桿的磨損表面。以此可以制備最大若干100μm厚度的層。這種層和所使用的噴涂粉末各自由至少一種金屬組分(例如NiCrBSi合金、鉬)和調(diào)整活塞環(huán)的磨損的硬質(zhì)載體(例如碳化鉻和/或碳化鉬)構(gòu)成。

然而該硬質(zhì)載體的固有硬度不允許過(guò)高，因?yàn)榉駝t切削圓柱體表面(Laufbahn)。因此不使用具有高的固有硬度的硬質(zhì)材料，例如碳化鈦或者碳化鎢。通常使用具有固有硬度小于2000HV的碳化物，例如Cr-碳化物或者M(jìn)o-碳化物作為硬質(zhì)載體。后者具有1900HV的固有硬度(Mo₂C)。優(yōu)選地，硬質(zhì)載體的顆粒尺寸是盡可能小的，由此其拋光和不切削圓柱體表面。這還可能是指額外存在的氧化物，例如氧化鉻或者氧化鋁。

可以以多種方式制備具有硬質(zhì)載體的熱噴涂粉末。