CN101928909B

CN101928909B - 一种利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法

Info

Publication number: CN101928909B
Application number: CN2010102143641A
Authority: CN
Inventors: 邵慧萍; 石永亮; 郭志猛; 林涛; 王文琴
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: CN101928909A

Abstract

一种利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，属于表面工程中热喷涂涂层制备领域。原料粉成分为：Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量。将混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉；然后利用***喷涂设备先喷涂一层MCrAlY的过渡层，然后再将制备好的铌钛铝粉体喷涂上去；然后将制备好的工件进行热处理600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h；最终得到铌钛铝耐高温涂层。本方法制备的涂层的致密度高、氧化夹杂少、表面质量好，并且设备和工艺简单，使生产成本大幅度降低。

Description

一种利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法

技术领域

本发明涉及一种利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，属于表面工程中热喷涂涂层制备领域。

技术背景

铌钛铝基合金的使用温度达到900℃以上，同时具有良好的抗氧化性能，密度小、晶体结构简单和易于控制显微组织而改善性能的优点，高铌钛铝合金的应用将开辟航空航天、船舰、汽车等重要领域的新发展，使现有装备得到突破性发展。铌钛铝合金的缺点就是脆性高。

发明内容

本发明的目的在于通过***喷涂制备涂层的方式，使涂层和基体能优势互补，解决铌钛铝合金的脆性问题，发挥复合材料的优异性能。

一种利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，该技术首先是按一定成分配好的粉末进行高能球磨机械合金化，并对粉体进行等离子球化处理，将制备好的球形粉用***喷涂工艺制备成涂层，并对涂层进行热处理，具体工艺如下：

1、铌钛铝复合粉的制备：按照占总体的原子百分比分别加入30at％～60at％的Al粉(纯度为99.9％，平均粒度为20～150μm)、1at％～15at％的Nb粉(纯度为99.9％，平均粒度为20～100μm)、0.1at％～5at％的B粉(纯度为99.999％，平均粒度为0.7μm)、0.1at％～5at％的Cr粉(纯度为99.9％，平均粒度为50μm)、0.1at％～5at％的Y粉(纯度为99.9％，平均粒度为50μm)、Ti粉余量(纯度为99.9％，平均粒度为50～200μm)。将混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉。

2、基体的预处理：待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在30～120℃，然后喷砂处理，最终得到基体的粗糙度在Ra0.1～20。

3、涂层的制备：将待喷涂的粉末60～100℃烘焙1～10小时，调节***喷涂的工艺参数：O₂/C₂H₂流量比：0.1～10(流量单位：m³/h)，N₂流量为0.1～10m³/h，喷涂距离为100～200mm，送粉量为5～100g/min。先喷涂打底层(MCrAlY或Ni包Al)厚度为0.1～10mm，再喷涂铌钛铝层厚度为0.1～10mm。

4、热处理：将制备好的式样放入热处理炉中，600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h。

***喷涂是利用突发爆发的热能加热融化喷涂材料，并利用***冲击波产生的高压把熔粒高速喷射到金属基体表面形成涂层，形成涂层结合强度高，空隙率低。

本项目提出用***喷涂制备铌钛铝合金涂层，一方面***喷涂过程中产生爆轰波能得到4200℃，能够使高熔点的粉体熔化，并且促进元素的化合反应进行。另一方面***喷涂能将熔融粉体加速到700～1500m/s，使得熔融颗粒撞击基体能够充分铺展变形，从而能够得到高致密度的涂层。

本发明提出了***喷涂制备技术，与其它涂层制备技术相比，其优点在于：

1、与等离子喷涂和超音速喷涂技术相比，***喷涂的温度低、速度高，即能减少金属粉末的氧化和低温元素的烧损，又能得到其他喷涂方式无法比拟的高致密度涂层；

2、***由于间歇式的工作特性，该工艺对基体的温度影响非常小，对精密零部件和低熔点材料的表面喷涂特别实用。

3、该技术设备简单，成本低，可以制备大尺寸、复杂零件表面涂层。

具体实施方式

实施实例1：大面积平板材料(500mm×500mm，厚度10mm)表面涂层制备。

1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成Ti-41Al-9.0Nb-0.3B-0.2Cr-0.2Y(at％，原子分数)成分的混合粉，在高纯氩气环境下高能球磨30h，球料比为10∶1，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在140～325目的的铌钛铝复合粉。

2、待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在80℃，然后喷砂处理(喷砂粒度为46^#)，最终得到基体的粗糙度为Ra5±；

3、称取409.1g粒度为140～325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80℃烘焙1h；

4、称取818.2g制备好的球化铌钛铝粉放入烘箱中80℃烘焙2h；

5、喷枪的工艺参数设定：喷涂距离175mm，喷枪位移50mm/min，一道喷枪下移10mm，O₂/C₂H₂流量比：1.1(O₂流量1.1m³/h，C₂H₂流量1.0m³/h)，O₂压力：0.3MPa，C₂H₂压力：0.1MPa；

6、喷涂烘焙好的MCrAlY粉体，送粉克数7～7.5g/min，整体喷涂6遍，厚度0.15mm；

7、喷涂烘焙好的铌钛铝粉体，送粉克数5～6g/min，整体喷涂14遍，厚度0.35mm；

8、将制备好的平板，放入热处理炉中930℃保温2h，升温降温速度45℃/h。

实施实例2：圆柱形状材料(φ150×1000mm)的表面涂层制备。

1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成Ti-49Al-4Nb-0.5B-1Cr-0.2Y(at％，原子分数)成分的混合粉，在高纯氩气环境下高能球磨30h，球料比为10∶1，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在140～325目的的铌钛铝复合粉。

3、称取840g的140～325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80℃烘焙1h；

4、称取1680g制备好的球化铌钛铝粉放入烘箱中80℃烘焙2h；

5、喷枪的工艺参数设定：喷涂距离175mm，喷枪位移50mm/min，圆柱工件的转速为11秒/转，O₂/C₂H₂流量比：1.1(O₂流量1.0m³/h，C₂H₂流量1.0m³/h)，O₂压力：0.3MPa，C₂H₂压力：0.1MPa；

8、将制备好的平板，放入热处理炉中920℃保温2h，升温降温速度45℃/h。

Claims

1.一种利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征包括以下工艺步骤：

(1)铌钛铝复合粉的制备：原料粉体的原子百分比为：Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量；将原料混合粉放入球磨罐中，在高纯氩气或氮气环境下进行高能球磨机械合金化，球料比为1～50∶1，球磨时间为1～100小时，并对球磨后得到的复合粉末进行等离子球化处理，最终得到粒度在100～500目的铌钛铝复合粉；

(2)基体的预处理：待喷涂的基体用丙酮去油，并用火焰预热，预热温度在30～120℃，然后喷砂处理，最终得到基体的粗糙度在Ra0.1～20；

(3)涂层的制备：将待喷涂的粉末60～100℃烘焙1～10小时，调节***喷涂的工艺参数：O₂/C₂H₂流量比：0.1～10、流量单位：m³/h，N₂流量为0.1～10m³/h，喷涂距离为100～200mm，送粉量为5～100g/min；所述涂层的打底材料为MCrAlY或Ni包Al，先喷涂打底层厚度为0.1～10mm，再喷涂铌钛铝层厚度为0.1～10mm；

(4)热处理：将制备好的式样放入热处理炉中，600～1000℃保温1～10h，升温降温速度≤50℃/h。

2.如权利要求1所述利用***喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法，其特征在于所述Ti粉质量纯度为99.9％，平均粒度为50～200μm；Al粉质量纯度为99.9％，平均粒度为20～150μm；Nb粉质量纯度为99.9％，平均粒度为20～100μm；B粉质量纯度为99.999％，平均粒度为0.7μm；Cr粉质量纯度为99.9％，平均粒度为50μm；Y粉质量纯度为99.9％，平均粒度为50μm。