[發明專利]一種高碳高合金非晶預合金粉末及其制備方法

有效

• 申請號: 201811148436.X
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109136788B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張惠斌;鄭國渠;陳小明;張磊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;B22F1/00;B22F9/04;B22F9/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明屬于粉末冶金領域，尤其涉及一種高碳高合金非晶預合金粉末制備方法，為解決現有技術中所制備的非晶預合金粉末在熔融和霧化階段困難，容易堵塞霧化噴嘴，在噴涂時雖然可以產生軟化變形，但是仍然存在原始界面或易產生孔隙缺陷等問題，采用以下工藝制備高碳高合金非晶預合金粉末：1)稱量原料并進行混料；2)加入硬質合金球、成型劑和濕磨介質在保護氣氛下進行球磨；3)過濾并干燥，制得的高碳高合金非晶預合金粉末中的碳含量≥1wt％，過渡金屬元素含量≥20wt％，余量為鐵族元素。本發明采用溫和的濕法球磨加噴霧制粒工藝制備了非晶預合金粉末，避免了傳統熔煉霧化工藝在制備高碳高合金預合金粉末時存在的熔煉和霧化難題。

技術領域

本發明屬于粉末冶金領域，尤其涉及一種高碳高合金非晶預合金粉末制備方法。

背景技術

非晶合金是一種新型的合金材料，有優良的物理、化學、力學和磁學性能，是當前國際材料研究領域的熱點之一。其中，鐵(Fe)基非晶合金不僅具有一般非晶合金所具有的特點，而且自然界中鐵的資源豐富，在提高金屬材料表面防腐蝕性、耐磨損性能、抗汽蝕性能等方面表現出極大的應用前景。Fe非晶組織的形成得益于熔體快速冷卻技術，如采用超音速噴涂制備的鐵基非晶合金涂層即通過熱噴涂將非晶預合金粉末加熱至熔融或半熔融狀態，然后以極快的速度沉積于基體表面，并以10⁶K/s以上的冷卻速度快速凝固得到的快淬材料。由于冷卻速度足夠快，合金熔體難以結晶并形成晶界和析出相，確保了合金具有優異的耐磨性和耐蝕性。

目前，用于制備非晶合金涂層的熱噴涂原料同樣為通過熔體極冷方式制備的球形非晶粉末。具體的說，即將一定成分的合金加熱至熔融狀態，然后采用高壓惰性氣體霧化成幾微米至幾十微米尺寸的球形粉末，霧化過程中冷卻速度同樣可達10⁶K/s以上。該非晶預合金粉末的制備存在熔煉工序，因此熔煉的合金成分也受限于傳統熔煉-霧化設備的承溫能力(～1800℃)。在制備高熔點合金或含較高含量的合金元素(如W、Mo、Nb、V和C)會直線增加鋼的完全熔化溫度，或導致鋼液粘度增大、過熱度不足，氣霧化時易堵塞霧化噴嘴。此外，預合金粉末硬度高，在噴涂時雖然可以產生軟化變形，但是仍然存在原始界面或易產生孔隙缺陷。針對傳統熔煉-霧化工藝制備非晶預合金粉末存在的工藝技術難題，本發明提出采用鐵合金粉末、元素粉末和碳、硼等為原料，采用機械球磨對粉末進行混合和破碎。通過球磨過程中硬質球對粉料的研磨、撞擊等微觀過程，使粉末產生破碎、塑性變形以及機械合金化，得到一種具有非晶特征的預合金粉末。該方法避免了熔煉過程，工藝簡單，特別適合新型預合金粉末的開發以及靈活生產。

中國專利局于2012年7月4日公開了一種鐵基非晶合金粉末和鐵基非晶合金涂層及其制備方法的發明專利申請，申請公告號為CN102534435A，其公開一種可以獲得非晶合金涂層的鐵基非晶合金粉末及非晶態涂層的方法。是以非晶合金粉末為原料，采用冷噴涂方法制得完全非晶態涂層。所述合金粉末主要由Fe、Cr、Mo組成，可含有Ni、Co、Mn、Si、Re、Al、Cu、Nb、Zr、Ti、C、B等元素中的一種或多種，其中，Fe、Cr、Mo三種元素的原子百分含量占合金的70％以上。該成分具有很寬的過冷液相區和很強的非晶形成能力，可利用氣霧化制粉技術獲得非晶粉末。所述冷噴涂方法制備非晶合金涂層過程中，用氮氣、氦氣等惰性氣體或它們的混合氣體作為送粉氣和粉末加速氣體，惰性氣體的溫度T700℃，送粉壓力P為1～6MPa。該發明的非晶粉末活性較差，并且其已經經過合金化，合金成分較高導致其漿液粘度大、過熱度不足，其在超音速噴涂制備涂層的過程中容易出現較大的顆粒，難以消除粉末間隙與粉末原始界面，并且其制備過程中熔融和霧化難度較大。