[發明專利]一種應用于等離子噴涂的含鋁的金屬粉末

在審

• 申請號: 202011126619.9
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112095070A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 李長久;張黎;雒曉濤;李成新
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/06
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 茍冬梅

本發明實施例公開了一種應用于等離子噴涂的含鋁的金屬粉末，涉及高溫等離子體應用技術領域，該金屬粉末包括含鋁元素的基礎合金和以不同形式存在于所述含鋁元素的基礎合金中的碳源，當所述金屬粉末在大氣氛圍下被高溫等離子射流加熱至≤2000℃時，所述含鋁元素的基礎合金中的鋁元素優先被氧化，形成氧化鋁；當所述金屬粉末在大氣氛圍下被高溫等離子射流加熱至＞2000℃時，一部分所述碳源優先被氧化，形成碳氧化合物揮發，另一部分所述碳源將所述氧化鋁還原為鋁單質。該金屬粉末在大氣氛圍下被高溫等離子射流加熱至超過2000℃的熔融粒子后，噴涂到需要保護的材質的基體表面上可以形成涂層質量一致性且均勻的含鋁涂層。

技術領域

本發明涉及高溫等離子體應用技術領域與金屬材料制造領域，特別是涉及一種應用于等離子噴涂的含鋁的金屬粉末。

背景技術

等離子噴涂是利用溫度約為3000°～10,000℃的高速高溫等離子體射流，將送入其中的粉末顆粒加熱到完全融化或半融化狀態、加速形成高速熔滴流，并將高速熔滴流噴射向基體表面，使高速熔滴流沉積在基體表面形成涂層的方法。

等離子噴涂在大氣氛中實施時，當高溫等離子射流從噴槍高速噴出在大氣中飛行時，很自然地將大氣成分卷入其中。隨射流離開噴槍距離的增加，大氣成分的含量逐步增加，當距離增加至50mm以上時，高溫等離子射流中的大氣成分占比會超過50％，使得高溫等離子焰流具有氧化性、且氧化性隨距離的增加而增強。因此，采用等離子噴涂金屬合金粉末制備金屬合金涂層時，會發生氧化，從而使涂層中含有金屬氧化物成分，導致涂層的質量較差且一致性難以保證。分析其原由，首先，一般金屬氧化物與熔融金屬合金的潤濕性較差，氧化物夾雜在涂層會引起沉積粒子層間結合變差，不僅增加涂層孔隙率，使涂層失去對基體的耐腐蝕保護，而且降低涂層的力學性能與耐磨損性能。這是因為，當發生氧化的噴涂粒子在飛行過程中，由于氧化物的熔點高、粘性較大，沉積過程中會成塊狀堆積于粒子表面，阻礙熔融粒子沿基體表面的鋪展，引起干擾而改變鋪展方向，從而誘發遮擋效應產生孔隙夾雜。其次，氧化物的存在，阻礙了鋪展中的金屬與先前沉積且已經冷卻凝固的金屬的直接接觸，阻止了粒子間金屬鍵合的形成，又因熔融金屬與氧化物具有潤濕性差的特點，熔融金屬快速鋪展與冷卻過程中難以與氧化物形成強的化學結合，而以弱結合存在的界面在后續冷卻中發生界面分離會形成未結合界面。氧化物的存在不僅使涂層的成分與組織結構偏離預期設計的成分與組織，而且由于噴涂過程中眾多工藝因素影響的復雜性，涂層中的氧化物含量與分布難以控制，使得涂層的組織與性能的一致性難以得到保證。

已有技術中，為增強涂層內的粒子間結合而提高涂層的性能，并通過改善涂層成分提高涂層質量的一致性，降低等離子噴涂合金中的氧化，采用的一種方法是在惰性氣體保護的腔室中進行噴涂，即采用真空等離子噴涂，或又稱低壓等離子噴涂進行噴涂，可以防止噴涂中的氧化。但這種方法由于受保護腔室的限制，導致設備投資大幅度增加，同時運行成本顯著增加，僅適用于不考慮成本的一些結構件的噴涂。即使如此，由于受腔室尺寸的限制，不僅噴涂靈活性受到限制，可噴涂的結構工件的尺寸也受到限制。另一種方法是采用氣罩保護等離子，在等離子噴槍上外加一氣冷或水冷保護罩，隔離離開噴槍的高溫等離子體射流與空氣的接觸與卷入，然而氣罩保護也需要加入保護性冷卻氣體，這導致增加成本，而且僅適用于近似平基體表面這類比較規則結構件的噴涂。因此，如何在大氣氛下直接進行等離子噴涂中解決熔融金屬合金粒子的氧化是本領域研究工作者與技術人員至今尚未解決的重要問題。

特別是對于含鋁(Al)的金屬合金，由于Al易與氧氧化，當高溫熔滴中含有Al元素時，會發生Al的氧化而形成氧化鋁，并在熔融粒子碰撞沉積過程中夾雜于涂層中，引起前述的增加涂層孔隙率、降低沉積粒子間的結合，使涂層失去對基體材料的腐蝕防護作用。

發明內容

本發明實施例提供一種應用于等離子噴涂的含鋁的金屬粉末，以解決目前等離子噴涂中含鋁熔融粒子氧化引起的涂層質量較差，而且涂層質量一致性與均勻性又難以保證的問題。

為了解決上述問題，本發明實施例公開了一種應用于等離子噴涂的含鋁的金屬粉末，包括：