一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料及其噴涂方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料及其噴涂方法，屬于金屬材料表面改性【技術領域】，本發(fā)明鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成：純鋁粉Al20-30%，氧化鐵粉Fe2O3 50-60%，無水乙醇10-20%，聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5-8%。先將兩種粉末按照所使用的比例進行機械混合，然后加入乙醇10-20%，攪拌，充分混合后，再加入鐵鋁總重量5-8%的聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌均勻后，放入100oC烘干箱中進行烘干，將干燥后的粉末進行破碎、篩分；或者將攪拌均勻的混合粉末，在150oC的氣氛中進行噴霧干燥，篩分后獲得粒度在10-50μm的復合粉體。噴涂方法：使用丙酮清洗和噴砂進行表面處理后使用鐵鋁金屬粉末進行噴涂。
【專利說明】一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料及其噴涂方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料及其噴涂方法，具體地說是一種超低壓等離子噴涂原位反應合成金屬間化合物涂層涂料及噴涂方法，屬于金屬材料表面改性【技術領域】。

【背景技術】
[0002]等離子噴涂采用等離子弧作為熱源，將粉末粒子加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并在氣體射流中加速，最終噴涂到基材表面形成涂層。由于它具有焰流溫度高:等離子弧中心溫度可達16000°C，噴射流速度較快:200-400m/s，噴涂材料廣泛、涂層致密性高等優(yōu)點，因此等離子噴涂是目前應用最廣泛的噴涂工藝。最近，超低壓等離子噴涂作為新一代的熱噴涂技術能夠噴涂均勻、致密、且具有類PVD薄膜結(jié)構(gòu)的涂層，而受到廣泛的關注。它采用低壓惰性氣氛保證了涂層產(chǎn)品不被氧化和污染。
[0003]反應等離子噴涂是將自蔓延高溫合成技術同等離子噴涂技術相互結(jié)合而發(fā)展起來的新技術，它采用高放熱體系作為噴涂材料，利用等離子熱源熔化并引發(fā)噴涂材料的燃燒反應，在熱噴涂過程中同時完成材料的合成與噴涂。它可利用廉價的原始噴涂材料，合成出性能優(yōu)異的涂層，同時利用反應熱提高噴涂溫度，從而提高涂層與基體的結(jié)合強度。目前，應用反應等離子噴涂技術已成功制備出Fe-TiB2、Cu-TiB2, Fe-TiC, A1_A1203、TiN、T1-TiN, TiCN 涂層等。
[0004]鐵鋁合金具有低密度，低成本，好的氧化抗性和機械性能，因此通常被應用于中溫或高溫環(huán)境下，作為抗熱侵蝕的保護涂層。目前，鐵鋁涂層的主要制備方法包括大氣等離子噴涂，高速火焰噴涂，以及冷噴涂技術，噴涂粉末一般采用機械合金化的合金粉體，但是粉末的制備過程相對復雜，而且在大氣的噴涂環(huán)境中，容易造成氧化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述技術上的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料及其噴涂方法，本發(fā)明采用超低壓惰性氣體的保護環(huán)境，將等離子噴涂與自蔓延高溫合成技術相結(jié)合，提高了涂層的質(zhì)量與性能，避免了大氣環(huán)境的氧化與污染。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:本發(fā)明鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成:
純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20-30%
氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 50-60%
無水乙醇10-20%
聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5-8%。
[0007]涂層涂料的制作方法:先將兩種粉末按照所使用的比例進行機械混合，然后加入乙醇10-20%，攪拌，充分混合后，再加入鐵鋁總重量5-8%的聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌均勻后，放入100°C烘干箱中進行烘干，將干燥后的粉末進行破碎、篩分；或者將攪拌均勻的混合粉末，在150° C的氣氛中進行噴霧干燥，篩分后獲得粒度在10-50 μ m的復合粉體。
[0008]涂層涂料的噴涂方法:
方法一:選用316不銹鋼作為基體材料，使用丙酮清洗和噴砂進行表面處理；將噴涂室的壓力降到lmbar，隨后引發(fā)等離子弧，調(diào)節(jié)相關工藝參數(shù)達到要求值:噴涂距離40cm，基體溫度1000° C，電流700A，氬氣流量40L/min，氫氣流量4L/min，噴涂功率32kW，送入粉末，進行噴涂；粉末流量為15g/min，噴涂槍的掃描速度為200mm/min，噴涂時間為lOmin，最終得到的涂層厚度為120 μ m，涂層的顯微維氏硬度為590Hvl00g。
[0009]方法二:選用普通碳鋼作為基體材料，經(jīng)過超聲清洗與噴砂后，放入噴涂室；噴涂室的工作壓力為lmbar，噴涂距離為60cm，基體溫度1050°C，電流700A，氬氣流量45L/min，氫氣流量10L/min，噴涂功率44kW，粉末流量為10g/min，噴涂槍的掃描速度為200mm/min，噴涂時間為lOmin，最終獲得厚度為10ym的FeAl涂層。
[0010]涂層的X射線衍射分析只有單一的FeAl相被發(fā)現(xiàn)，沒有氧化物與其它相被發(fā)現(xiàn)。涂層表現(xiàn)出致密的微觀結(jié)構(gòu)，幾乎沒有孔隙與裂紋，并且與基體良好的結(jié)合。能譜面掃描分析發(fā)現(xiàn)，黑色區(qū)域說明存在更多的鋁元素，而白色區(qū)域存在更多的鐵元素，總體上涂層中的鋁與鐵元素分布比較均勻。涂層在不同載荷下的硬度測量結(jié)果顯示，在不同載荷下涂層保持了高硬度，總體在600Hv左右，同時也反映出涂層致密的顯微結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:涂層質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)致密，幾乎沒有孔隙，厚度一般為80-100 μ m，主要由FeAl相構(gòu)成，沒有其他的相被發(fā)現(xiàn)，而且沒有氧化發(fā)生，涂層的顯微維氏硬度約為600Hv。同現(xiàn)有的工藝相比，其優(yōu)點為:與機械合金化方法相比，復合粉體的制備方式較為簡便，原料價格低廉，可選擇的范圍廣泛；獲得的復合粉體中兩種粉末的結(jié)合較好，粉末體系的絕熱溫度高，放出的熱量大，有利于反應的充分進行，當?shù)入x子弧能量有限時，放出的熱量能夠輔助噴涂粒子的加熱；采用超低真空的噴涂環(huán)境，可以極大的避免基體、噴涂粒子和涂層的氧化與污染，提高了涂層質(zhì)量與涂層的結(jié)合強度；工作氣體中的氫氣，具有還原的作用，能夠充分還原粉末中的氧，從而得到單相的FeAl涂層；真空環(huán)境中，基體材料可以被預熱到很高的溫度，能夠降低涂層的孔隙率，提高涂層與基體的結(jié)合強度，降低殘余應力；與大氣等離子弧相比，超低壓環(huán)境中的等離子弧更大，因此可以噴涂尺寸較大的零件。

【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成:
純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20-25%
氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 50-60%
無水乙醇10-20%
聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5-8%。
[0013]涂層涂料的制作方法:先將兩種粉末按照所使用的比例進行機械混合，然后加入乙醇10-20%，攪拌，充分混合后，再加入鐵鋁總重量5-8%的聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑，繼續(xù)攪拌均勻后，放入100°C烘干箱中進行烘干，將干燥后的粉末進行破碎、篩分；或者將攪拌均勻的混合粉末，在150° C的氣氛中進行噴霧干燥，篩分后獲得粒度在10-50 μ m的復合粉體。
[0014]實施例1 純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20%
氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 60%
無水乙醇15%
聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5%。
[0015]實施例2
純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 25%
氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 60%
無水乙醇10%
聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5%。
[0016]實施例3
純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20%
氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 55%
無水乙醇17%
聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑8%。
[0017]涂層涂料的噴涂方法:
實施例4
選用316不銹鋼作為基體材料，使用丙酮清洗和噴砂進行表面處理；將噴涂室的壓力降到lmbar，隨后引發(fā)等離子弧，調(diào)節(jié)相關工藝參數(shù)達到要求值:噴涂距離40cm，基體溫度1000° C，電流700A，氬氣流量40L/min，氫氣流量4L/min，噴涂功率32kW，送入粉末，進行噴涂；粉末流量為15g/min，噴涂槍的掃描速度為200mm/min，噴涂時間為lOmin，最終得到的涂層厚度為120 μ m，涂層的顯微維氏硬度為590Hvl00g。
[0018]實施例5
選用普通碳鋼作為基體材料，經(jīng)過超聲清洗與噴砂后，放入噴涂室；噴涂室的工作壓力為lmbar，噴涂距離為60cm，基體溫度1050°C，電流700A，氬氣流量45L/min，氫氣流量1L/min,噴涂功率44kW，粉末流量為10g/min，噴涂槍的掃描速度為200mm/min，噴涂時間為lOmin，最終獲得厚度為10ym的FeAl涂層。
[0019]涂層的X射線衍射分析只有單一的FeAl相被發(fā)現(xiàn)，沒有氧化物與其它相被發(fā)現(xiàn)。涂層表現(xiàn)出致密的微觀結(jié)構(gòu)，幾乎沒有孔隙與裂紋，并且與基體良好的結(jié)合。能譜面掃描分析發(fā)現(xiàn)，黑色區(qū)域說明存在更多的鋁元素，而白色區(qū)域存在更多的鐵元素，總體上涂層中的鋁與鐵元素分布比較均勻。涂層在不同載荷下的硬度測量結(jié)果顯示，在不同載荷下涂層保持了高硬度，總體在600Hv左右，同時也反映出涂層致密的顯微結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料，其特征是:鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成: 純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20-30% 氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 50-60% 無水乙醇10-20% 聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5-8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料，其特征是:鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成: 純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20% 氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 60%無水乙醇15% 聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料，其特征是:鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成: 純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 25% 氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 60%無水乙醇10% 聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料，其特征是:鐵鋁金屬間化合物涂層涂料由下述重量比例材料組成: 純鋁粉Al 粒度為3-10 μ m 20% 氧化鐵粉Fe2O3粒度為1-3 μ m 55%無水乙醇17% 聚乙烯醇溶液粘結(jié)劑8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料的噴涂方法，其特征是: 選用316不銹鋼作為基體材料，使用丙酮清洗和噴砂進行表面處理；將噴涂室的壓力降到lmbar，隨后引發(fā)等離子弧，調(diào)節(jié)相關工藝參數(shù)達到要求值:噴涂距離40cm，基體溫度1000° C，電流700A，氬氣流量40L/min，氫氣流量4L/min，噴涂功率32kW，送入粉末，進行噴涂；粉末流量為15g/min，噴涂槍的掃描速度為200mm/min，噴涂時間為lOmin，最終得到的涂層厚度為120 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的一種鐵鋁金屬間化合物涂層涂料的噴涂方法，其特征是: 選用普通碳鋼作為基體材料，經(jīng)過超聲清洗與噴砂后，放入噴涂室；噴涂室的工作壓力為lmbar，噴涂距離為60cm，基體溫度1050°C，電流700A，氬氣流量45L/min，氫氣流量1L/min，噴涂功率44kW，粉末流量為10g/min，噴涂槍的掃描速度為200mm/min，噴涂時間為lOmin，最終獲得厚度為10ym的FeAl涂層。
【文檔編號】C23C4/12GK104357779SQ201410590559
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】朱琳 申請人:中國第一重型機械股份公司