噴霧用粉末及其制造方法

專利名稱：噴霧用粉末及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在部件表面形成噴霧涂層的噴霧用粉末及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于金屬部件如土木工程中使用的開鑿設(shè)備部件的基材表面改性的粉末，該表面改性是為了達到有極高的耐沖擊性、抗磨損性和抗腐蝕性，甚至在潮濕環(huán)境中仍具有抗磨損性。
各種工業(yè)機器或通用機器的金屬部件根據(jù)各自的用途，需要具備各種性能如耐沖擊性、抗腐蝕性和抗磨損性。然而，許多情況下，構(gòu)成這類金屬部件的金屬(基材)材料單靠其本身不能充分滿足要求，人們通常試圖通過在基材表面形成涂層的表面改性來解決這類問題。
除了物理蒸氣沉積或化學蒸氣沉積外，熱噴霧法是實際采用的表面改性方法的一種。熱噴霧的特點是所處理基材的尺寸不受限制，可以在大表面積的基材上形成均勻的涂層，形成涂層的速度快，易于就地應(yīng)用，能相當方便地形成厚的涂層。近年來，熱噴霧法的應(yīng)用已擴展到各個工業(yè)領(lǐng)域，成為極重要的表面改性技術(shù)。
在和“熱噴霧”相同意思中有時使用術(shù)語如“粘覆(building up)”或“噴霧”。這些術(shù)語中，其定義沒有明顯的差異，使用的粉末之間也沒有特別的差異。用于形成噴霧涂層的粉末不一定限制用于熱噴霧。即，用于熱噴霧的粉末可用于粘覆或噴霧，反之，用于粘覆或噴霧的粉末也可以用于熱噴霧。
因此，本發(fā)明中“噴霧用粉末”是一種可用于“粘覆”或“噴霧”的粉末。
碳化鎢是具有極高的硬度和優(yōu)良的耐磨性的材料，它可與作為粘合劑的金屬如Co、Cr或Ni或含這樣一種金屬的合金混合或復合使用，形成陶瓷/金屬復合材料即金屬陶瓷材料，這種金屬陶瓷材料廣泛用作噴霧用粉末的材料?！敖饘偬沾伞笔侨　敖饘佟焙汀疤沾伞边@兩個詞合并構(gòu)成的術(shù)語。具體而言，這種材料是一種由金屬基質(zhì)連接的硬陶瓷顆粒構(gòu)成的材料，是一種高硬度和高韌性的復合材料。在刀具材料領(lǐng)域中，金屬陶瓷指TiC類或Ti(C，N)類材料，但廣義上是指一般包含陶瓷和金屬的復合材料。
金屬陶瓷粉末一般采用如團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制造。
團化-燒結(jié)法制造金屬陶瓷粉末的方法如下。
首先，將粘合劑(如PVA聚乙烯醇)在溶劑(水或醇類等溶劑)中的分散液加入原料的細粉末中，隨后攪拌制成漿料。通過如噴霧干燥器，將該漿料成形為團化的球形粉末。然后，此團化的粉末經(jīng)脫蠟和燒結(jié)，從團化粉末中除去有機粘合劑，并使團化的粉末顆粒具有適當?shù)臋C械強度。
燒結(jié)后使用球磨機等粉碎設(shè)備進行粉碎。通過粉碎，各團化的粉末顆粒分開，從而獲得球形粉末。之后，進行分級，獲得符合噴霧條件或使用的噴霧設(shè)備類型要求的粒度分布的噴霧用粉末。對分級，已知不僅可以使用篩，而且可以通過氣流和其它方法以及這些方法的組合進行。
由團化-燒結(jié)法獲得的粉末顆粒為球形，并具有較為均勻的粒度分布，從而具有良好的流動性，這些粉末顆粒為多孔的，具有大的比表面積，易熔化，具有噴霧效率高的特性。因此，這種方法適合作為制備金屬陶瓷粉末的方法。
燒結(jié)-粉碎法制備金屬陶瓷粉末的方法如下首先，燒結(jié)原料細粉末，對獲得的燒結(jié)產(chǎn)物機械粉碎，然后分級，獲得粒度分布合乎要求的噴霧用粉末。工業(yè)上，在混合好原料之后，可進行諸如模壓成形的方法，獲得高密度的燒結(jié)產(chǎn)物。而其分級的方法和目的與上述團化-燒結(jié)法相同。通過這種燒結(jié)-粉碎法獲得的粉末，其顆粒密實而堅固，為多角形或為該粉碎粉末特有邊緣的塊狀。
另一方面，熔凝-粉碎法制備金屬陶瓷粉末的方法如下首先，原料經(jīng)過加熱、熔化和冷卻，然后，對獲得的固化產(chǎn)物(錠子)進行粉碎并分級。進行熔化的目的是為了獲得密實的粉末，工業(yè)化生產(chǎn)使用電弧爐進行熔化。采用諸如吊錘或錘打方法粉碎這種錠子，再進行粗粉碎、中等粉碎或細粉碎。粉碎的方法和目的與上述團化-燒結(jié)法或燒結(jié)-粉碎法相同。
通過熔凝-粉碎法獲得的粉末很均勻，包含比燒結(jié)-粉碎法制得的粉末更為密實和堅固的顆粒。這種顆粒具有類似于燒結(jié)-粉碎法顆粒形狀的多角形或塊狀。
通過這些團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的金屬陶瓷粉末即可以作為噴霧用粉末。然而，為形成致密噴霧涂層，可以在金屬陶瓷粉末中混入可自熔化的合金粉末，獲得可以噴霧，隨后通過熔化處理形成涂層的噴霧用粉末。
另一方面，作為形成在潮濕環(huán)境仍具有極好抗腐蝕性和抗磨損性的噴霧涂層的噴霧用粉末，是對作為陶瓷材料的碳化鎢或碳化鉻將作為粘合劑的Ni或Ni基合金混合進去，隨后進行團化-燒結(jié)制得WC/CrC/Ni類噴霧用粉末，廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域。
然而，使用這種WC/CrC/Ni噴霧用粉末，已經(jīng)指出其韌性和抗沖擊性不夠高。具體而言，一直使用這種噴霧用粉末，將其噴霧涂覆到易于磨損尤其在潮濕環(huán)境中易于磨損的基材上，但是在受到強沖擊時會出現(xiàn)問題，噴霧涂層會碎裂，或者涂層會從基材上剝離。一旦噴霧涂層碎裂或剝離，基材的使用壽命就會縮短，由這樣的噴霧用粉末形成的涂層的應(yīng)用范圍受到限制。因此，需要具有極高韌性和抗沖擊性的噴霧涂層。
為解決上述問題，本發(fā)明人在日本專利申請JP-A-2000-38969中提出一種噴霧用粉末，它和普通的WC/CrC/Ni類金屬陶瓷噴霧用粉末相比，由于使用適當調(diào)節(jié)的粒度分布的原料粉末，能形成具有高韌性和抗沖擊性，并且在潮濕環(huán)境具有極高抗腐蝕性和抗磨損性的噴霧涂層。
使用上述噴霧用粉末形成的噴霧涂層，其抗沖擊性優(yōu)于使用目前市售的WC/CrC/Ni類型金屬陶瓷噴霧用粉末形成的噴霧涂層，但一直存在的問題是，與使用WC/Co類型金屬陶瓷的最常見噴霧金屬陶瓷粉末形成的噴霧涂層相比，并沒有觀察到明顯的優(yōu)點。
金屬陶瓷噴霧涂層一般具有的特點是，盡管它具有高硬度和極高的抗磨損性，但抗沖擊性較低。因此，要求具有優(yōu)良的抗沖擊性，而不降低抗腐蝕性和抗磨損性。
本發(fā)明已解決這一問題，本發(fā)明的目的是提供一種形成具有極高抗沖擊性、抗磨損性以及甚至在潮濕環(huán)境中優(yōu)良的抗腐蝕性和抗磨損性噴霧涂層的噴霧用粉末，及其制造方法。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于形成涂層的噴霧用粉末，以總重量為基準，這種粉末包含80-97％(重量)金屬陶瓷粉末和3-20％(重量)金屬粉末，而金屬粉末中，以金屬粉末總重量為基準，Cr和Ni的總量至少為90％(重量)，Cr含量為0-55％(重量)。
本發(fā)明提供的噴霧用粉末，其中金屬陶瓷包含碳化鎢、碳化鉻和Ni；或包含碳化鎢、Co和Cr；構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鎢的平均粒度為2-20微米。
本發(fā)明還提供一種噴霧用粉末，其中，構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鉻平均粒度為1-10微米；其中金屬粉末的C含量最多為金屬粉末總重量的0.4％。
本發(fā)明還提供一種用來形成涂層的噴霧用粉末的方法，該方法包括將金屬粉末和團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的金屬陶瓷粉末進行混合，該金屬粉末中Cr和Ni的總重量占金屬粉末總重量的至少90％，Cr含量為金屬粉末總重量的0-55％，而以噴霧用粉末總重量為基準，金屬陶瓷粉末和金屬粉末的含量分別為80-97％(重量)和3-20％(重量)。
附圖中，

圖1所示是測定噴霧涂層抗剝離性的落球沖擊試驗的示意圖。
圖1中，數(shù)字1表示一根導管，數(shù)字2表示一塊試件，符號L表示鋼球落下的距離(1,000mm)，符號H表示排出鋼球的出口與其下落點之間的距離(20mm)，d表示導管內(nèi)徑(29.3mm)，符號G表示導管長度(980mm)，θ代表碰撞角(60°)。
下面詳細描述本發(fā)明的噴霧用粉末及其制造方法。
本發(fā)明的噴霧用粉末中，金屬陶瓷粉末較好的是包含碳化鎢、碳化鉻和Ni，或者包含碳化鎢、Co和Cr。
而且，在金屬陶瓷粉末中，Ni合金可代替Ni，或者和Ni一起使用。同樣，可使用Co合金代替Co，或者和Co一起使用。同樣，可使用Cr合金代替Cr，或者和Cr一起使用。
在包含碳化鎢、碳化鉻和Ni的金屬陶瓷粉末中，碳化鎢作用是提高抗磨損性，Ni的作用不僅是作為粘合劑，還提高韌性和抗腐蝕性。而碳化鉻作用是進一步提高碳化鎢和Ni的抗腐蝕性。從提高潮濕環(huán)境中抗腐蝕性和抗磨損性角看，以金屬陶瓷粉末總重量為基準，碳化鎢、碳化鉻和Ni的含量一般分別為60-85％(重量)、10-30％(重量)和4-15％(重量)；較好為65-80％(重量)、15-25％(重量)和5-12％(重量)。
另一方面，在包含碳化鎢、Co和Cr的金屬陶瓷粉末中，一般知道包含碳化鎢和Co的金屬陶瓷粉末是具有優(yōu)良韌性、抗磨損性和抗沖擊性的噴霧用粉末。而Cr的作用是提高包含碳化鎢和Co的金屬陶瓷粉末的抗腐蝕性。包含Cr的這種金屬陶瓷粉末，其抗腐蝕性和上述包含碳化鎢、碳化鉻和Ni的金屬陶瓷粉末差不多，但比其它金屬陶瓷好得多。從提高抗沖擊性以及潮濕環(huán)境中抗腐蝕性和抗磨損性角度，以金屬陶瓷粉末總重量為基準，碳化鎢、Co和Cr含量一般分別為80-92％(重量)、4-20％(重量)和2-15％(重量)；較好為84-90％(重量)、6-12％(重量)和2-20％(重量)。
本發(fā)明的噴霧用粉末中，構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鎢包括WC和W2C。但是較好使用WC。當使用W2C時，如果受到高溫如燒結(jié)步驟或噴霧期間的高溫，它會脫碳形成W，所得噴霧涂層的特性可能會變差。當使用WC時，不大會發(fā)生這樣的脫碳現(xiàn)象。如果發(fā)生這樣的脫碳反應(yīng)，也可以抑制W的形成或噴霧涂層特性的改變。
同樣，碳化鉻包括Cr3C2、Cr7C3和Cr23C6。據(jù)稱碳化鉻可以脫碳，發(fā)生從Cr3C2到Cr7C3、從Cr7C3到Cr23C6和從Cr23C6到Cr的結(jié)晶相變化。必須抑制噴霧涂層性能的明顯變化。因此，較好是使用Cr3C2或Cr7C3，最好是Cr3C2。
本發(fā)明噴霧用粉末中，如果構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鎢和碳化鉻的平均粒度太小，當噴霧涂層受到明顯的外力(沖擊)時很可能發(fā)生碎裂。相反，如果碳化鎢和碳化鉻的平均粒度太大，在團化步驟中，很難獲得球形的團化粉末顆粒，并且團化粉末顆粒中原料組分分布也不均勻，或者如果使用這樣的團化粉末顆粒制得的噴霧用粉末進行熱噴霧，噴霧效率會很低。因此，碳化鎢的平均粒度一般為2-20微米，較好為5-12微米，碳化鉻平均粒度一般為1-10微米，較好為3-7微米。
如果用于本發(fā)明金屬陶瓷粉末的碳化鎢和碳化鉻含有游離碳，所得噴霧涂層內(nèi)部的結(jié)合強度會下降，抗沖擊性顯著降低。因此，用于金屬陶瓷粉末的碳化鎢和碳化鉻中游離碳含量較好最多分別為0.05％(重量)和0.1％(重量)。
另一方面，本發(fā)明噴霧用粉末中，構(gòu)成金屬陶瓷粉末的金屬粉末如Ni、Co或Cr較好是均勻粉碎的粉末。如果團化步驟中使用的金屬粉末平均粒度小，可以制成球形度和機械強度高的金屬陶瓷粉末，更容易制成具備要求粒度分布的粉末，并且產(chǎn)品的收率高。因此，這些金屬粉末的粒度一般最大為5微米，較好最大3微米。霧化法制備的合金粉末，其平均粒度一般最大為10微米，較好最大為5微米。
作為與金屬陶瓷粉末混合的金屬粉末，較好是使用其粒度分布調(diào)整為和上述團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法獲得的金屬陶瓷粉末同樣的金屬粉末。霧化法制備的球形度高的金屬粉末通常是這樣。霧化法包括水霧化法和氣體霧化法，根據(jù)使用的方法類型，金屬粉末中溶解的氧量以及粉末形狀略有差異，但對噴霧涂層性能的影響很小。因此，上述兩種類型的都可以使用，只要是霧化法獲得的金屬粉末。
與本發(fā)明的金屬陶瓷粉末混合的金屬粉末中包含的Cr含量越高，對噴霧涂層的抗腐蝕性和抗磨損性提高得就越大，但降低了抗沖擊性。反之，Cr含量越小，對噴霧涂層的抗沖擊提高越大，但抗腐蝕性和抗磨損性會變差。例如，如果金屬粉末中的Cr含量達到為金屬粉末總重量55％以上，噴霧涂層的抗沖擊性明顯下降，涂層很可能碎裂。因此，本發(fā)明金屬粉末中Cr的含量一般為金屬粉末總重量的0-55％(重量)，較好為5-30％(重量)。
在制備要與本發(fā)明金屬陶瓷粉末混合的金屬粉末中，C會作為雜質(zhì)引入，或為了霧化目的或其它目的而加入C。而且，金屬粉末的原料金屬有時也會含有C。然而，如果相對于金屬粉末總重量，C含量太高，涂層的抗沖擊性會明顯下降。因此，金屬粉末中C含量一般最多為金屬粉末總重量的0.4％(重量)，較好最多為0.2％(重量)。
將與本發(fā)明金屬陶瓷粉末混合的金屬粉末中，除Ni、Cr外，可以包含由Si、B、Al、Mn、Ti、Fe、S和Mo代表的組分作為雜質(zhì)，或為了霧化目的或為其它目的加入這些組分。這些組分還可包含在金屬粉末的原料金屬中。如果這些組分相對于金屬粉末總重量的含量太多，噴霧涂層的抗沖擊性很可能明顯下降。因此，上述金屬粉末中Si、B、Al、Mn、Ti、Fe、S和Mo的總含量一般最多為金屬粉末總重量的10％，較好最多為3％。
采用下面方法，使用上述各組分制備本發(fā)明的噴霧用粉末。
首先，混合原料粉末，以金屬陶瓷粉末總重量為基準，該混合物包含60-80％(重量)碳化鎢、10-30％(重量)碳化鉻和5-15％(重量)Ni，或者包含80-92％(重量)碳化鎢、4-20％(重量)Co和2-15％(重量)Ni，并采用常規(guī)的團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制造WC/CrC/Ni型金屬陶瓷或WC/Co/Cr型金屬陶瓷。
制造金屬陶瓷粉末方法中的團化-燒結(jié)法，進行團化時，較好務(wù)使團化粉末顆粒的粒度分布為5-75微米，隨后在至少900℃燒結(jié)至少5小時。要求根據(jù)噴霧用粉末的組成和要求的性能選擇最佳燒結(jié)條件，但是在恒定溫度下燒結(jié)至少5小時可以制得均勻的球形硬顆粒。當使用金屬粉末如Ni、Co、Cr或其合金，碳化物陶瓷如碳化鉻和/或碳化鎢作為金屬陶瓷材料時，必須確保這種材料在脫蠟或燒結(jié)期間不被氧化，所以一般在真空或在惰性氣氛中進行處理。
一個例子是，粒度分布為5-75微米的團化粉末經(jīng)燒結(jié)、粉碎和分級，獲得粒度分布為6-63微米的金屬陶瓷粉末，這種粉末適合高速火焰噴射進行噴霧。而且，根據(jù)情況需要，通過改變團化、粉碎或分級條件，可以制備粒度分布為6-38微米、10-45微米、15-45微米、15-53微米或20-63微米的金屬陶瓷粉末，根據(jù)噴霧設(shè)備類型或噴霧條件選擇這樣的一種粉末使用。
本發(fā)明中，“粒度分布”是指對粒度分布的下限，小于使用激光衍射型粒度測量裝置LA-300(HORIBA，Ltd制造)所測該下限粒度的顆粒比例至多為5％，對粒度分布的上限，大于使用旋打振篩機法(JIS R6002)所測該上限粒度的顆粒比例至多為5％。例如當粒度分布為15-45微米時，使用激光衍射型粒度測量設(shè)備測得的小于15微米的顆粒的比例至多為5％，而使用旋打振篩機法測得的大于45微米的顆粒的比例至多為5％。另一方面，“平均粒度”是指使用該設(shè)備LA-300測得的D50值。
通過混合上述方法制得的金屬陶瓷與另行制備的金屬粉末，制造本發(fā)明的噴霧用粉末。
以金屬粉末總重量為基準，金屬粉末中包含0-55％(重量)Cr，加入Ni，使Ni和Cr的總含量至少為金屬粉末總量的90％(重量)，制得金屬粉末。
均勻混合上面的金屬陶瓷粉末和金屬粉末，以噴霧用粉末總重量為基準，金屬粉末含量一般為3-20％(重量)，制得本發(fā)明的噴霧用粉末。
如果噴霧用粉末中，金屬陶瓷粉末含量超過97％(重量)，金屬粉末含量小于3％(重量)，在噴霧涂層中的金屬相所占據(jù)的比例會下降，涂層抗沖擊性也會較低。相反，如果金屬陶瓷含量小于80％(重量)，金屬粉末含量超過20％(重量)，抗腐蝕性和抗磨損性優(yōu)良的金屬陶瓷組分所占的比例下降，噴霧涂層的抗腐蝕性和抗磨損性會較低。
本發(fā)明噴霧用粉末形成的噴霧涂層，其抗沖擊性、抗磨損性、抗腐蝕性以及潮濕環(huán)境中的抗磨損性極高的原因如下。
觀察用本發(fā)明噴霧用粉末熱噴霧形成的涂層的結(jié)構(gòu)，可見金屬粉末組分以適當厚度沉積，并且作為相對較大的金屬相散布。在此噴霧涂層上施加大的外力時，這樣的金屬相起到緩沖作用，能夠吸收并分散外力，從而顯著提高噴霧涂層的抗沖擊性。
另一方面，觀察用常規(guī)噴霧用粉末熱噴霧形成的涂層的結(jié)構(gòu)，觀察到噴霧用粉末的材料曾經(jīng)熔化并和其它材料混合，僅觀察到很薄的金屬相，沒有觀察到如本發(fā)明的噴霧用粉末那樣相對較大的以適當厚度沉積的金屬相。因此，在噴霧涂層上施加大的外力時，因為沒有起到充分緩沖作用的金屬相，外力不能充分吸收并分散，因此認為這種噴霧涂層的抗沖擊性會較低。
另外，若使用的噴霧用粉末，其制法是從一開始就將本發(fā)明噴霧用粉末中的所有組分即金屬陶瓷粉末和金屬粉末混合，隨后通過團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的，而不是采用分開制備金屬陶瓷粉末和金屬粉末并按照制備本發(fā)明噴霧用粉末的適當比例混合的方法，其熱噴霧形成的涂層結(jié)構(gòu)中，觀察到金屬粉末組分與涂層中的其它材料混合，或者僅觀察到薄的金屬相，認為不可能獲得使用本發(fā)明噴霧用粉末達到的高抗沖擊性。
本發(fā)明的噴霧用粉末能應(yīng)用于已知的熱噴霧法，如由TAFA Company制造的JP-5000、UNIQUE COAT TECHNOLOGYES制造的SB-HVOP或Sulzer Metco制造的Diamond Jet設(shè)備為代表的高速火焰噴射，如Sulzer Metco制造的6P設(shè)備代表的火焰噴射，或者如Sulzer Metco制造的9MB設(shè)備或PRAXAIR制造的SG-100設(shè)備代表的等離子噴射。
火焰噴射是一種熱噴霧法，該方法中，噴霧用粉末送入燃料(如乙炔)和氧燃燒產(chǎn)生的火焰中，粉末以熔融態(tài)或半熔融態(tài)碰撞到基材上，沉積形成涂層。高速火焰噴射是一種火焰噴射，但它是一種燃燒室壓力增高，使燃燒火焰速度很快的熱噴霧法，所以噴射顆粒被高度加速至產(chǎn)生大的沖擊能量，可以形成密實而粘著性高的涂層。等離子噴射也是一種熱噴霧法，是通過高溫等離子體加熱噴霧用粉末，噴霧用粉末熔融并噴射到基材上，形成涂層。
使用本發(fā)明噴霧用粉末形成的噴霧涂層可以很好地使金屬粉末組分以適當厚度沉積，并以相對較大金屬相分布在涂層中。為形成這樣的涂層，噴霧用粉末，尤其是金屬粉末組分不宜過分加熱并通過對基材的大碰撞力來高速加速沉積涂層。與火焰噴射或等離子噴射相比，高速火焰噴射能高速加速噴霧顆粒，顆粒在燃燒火焰中的保留時間短，噴霧用粉末不會過長時間處于高溫，所以適合于本發(fā)明的噴霧用粉末。高速度火焰噴射法中，特別優(yōu)選用的是上述JP-5000或SB-HVOF設(shè)備，因為能高速加速噴霧用粉末，使噴霧用粉末暴露于高溫時間很短。
下面，參考實施例詳細描述本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明不受這些具體實施例的限制。
制備噴霧用粉末首先，根據(jù)表1列出的組成，混合金屬陶瓷粉末的原料，并在其中混入3.6％PVA水溶液，隨后充分攪拌獲得一糊料。使用如噴霧團化器，將該糊料成形為球形團化粉末，其粒度分布為5-75微米，粉末在真空脫蠟燒結(jié)爐內(nèi)，在氬氣氛中脫蠟，然后1250℃燒結(jié)5小時。燒結(jié)之后，使用球磨機進行粉碎，然后用振篩機和氣流分級器分級，獲得粒度分布為15-45微米的金屬陶瓷顆粒。
與上面的金屬陶瓷分開，再根據(jù)表1列出的組成，將霧化法制得的金屬粉末采用和金屬陶瓷粉末同樣的方式，進行分級，調(diào)節(jié)粒度分布至15-45微米。
使用V形混合設(shè)備，混合所得的金屬陶瓷和金屬粉末，獲得實施例1-15(表1)和比較例1-8(表2)的試驗樣品。
比較例1-8的含量如下。比較例1是團化-燒結(jié)法制備的WC/CrC/Ni噴霧用粉末，是可購得的用于抗腐蝕性和抗磨損性產(chǎn)品；比較例2是團化-燒結(jié)法制備的WC/CoCr噴霧用粉末，是可購得的用于抗磨損性產(chǎn)品；比較例3是團化-燒結(jié)法制備的WC/Co/Cr噴霧用粉末，是可購得的用于抗腐蝕性和抗磨損性產(chǎn)品；比較例4是通過團化-燒結(jié)法制備的噴霧用粉末，該方法中從一開始就混合噴霧用粉末中的所有組分即金屬陶瓷粉末和金屬粉末；比較例5是金屬粉末加入量超出本發(fā)明范圍的一種粉末；比較例6同樣是金屬粉末加入量超出本發(fā)明范圍的一種粉末；比較例7是金屬粉末中Cr含量超出本發(fā)明范圍的一種粉末；比較例8是金屬粉末中Ni和Cr含量超出本發(fā)明范圍的一種粉末。
表1
表1(續(xù))
*1)基于噴霧用粉末總量的重量比值*2)基于金屬陶瓷粉末總量的重量比值*3)基于金屬粉末總量的重量比值*4)合金化學組成中的數(shù)字代表各金屬的重量％含量。例如Ni-20Cr-10Co合金包含20％(重量)Cr和10％(重量)Co，余下70％(重量)是Ni。
表2
表2(續(xù))
噴霧試驗和涂層評價使用實施例1-15比較例1-8的樣品進行噴霧試驗。噴霧試驗的方法和評價噴霧涂層的方法如下。
A.硬度測定切出下述噴霧條件(A)形成的噴霧涂層，其截面經(jīng)鏡面拋光，清洗和干燥，用HMV-1維克斯硬度計(Shimadzu Corporation制造)測定噴霧涂層截面的維克斯硬度。進行10次試驗，平均試驗結(jié)果，獲得維克斯硬度，并按照評價標準(A)所列標準進行評價。
1)噴霧條件(A)熱噴霧設(shè)備HVOF熱噴霧設(shè)備JP-5000，TAFA Company制造氧氣流量1500scfh煤油流量6.0gph基材SS400鋼板(50×70×2.3mm)噴霧涂層厚度200微米2)測定條件(A)壓頭金剛石棱錐形壓頭相對面間的角度136°壓頭負荷0.2kgf加負載后保持時間15秒3)評價標準(A)◎維克斯硬度(Hv0.2)至少為1,100。
○維克斯硬度(Hv0.2)至少為900，但小于1,100。
×維克斯硬度(Hv0.2)小于900。
B.干磨損試驗對下述噴霧條件(B)下形成的噴霧涂層，使用Suga摩擦試驗機(如JIS H8682述的)進行干磨損試驗。計算試驗樣品的這個磨損率(mm3)和標準樣品磨損率(mm3)的體積比值作為磨損比，進行三次試驗，平均試驗結(jié)果，獲得磨損比，并按照評價標準(B)所列標準進行評價。
1)噴霧條件(B)熱噴霧設(shè)備HVOF熱噴霧設(shè)備JP-5000，TAFA Company制造氧氣流量1500scfh
煤油流量6.0gph基材SS400鋼板(50×70×2.3mm)噴霧涂層厚度200微米2)試驗條件(B)砂紙SiC#180負荷3.15kgf摩擦次數(shù)400次標準樣品SS400鋼板(50×70×2.3mm)3)評價標準(A)◎磨損比(％)小于3。
○磨損比(％)至少為3，小于5。
×磨損比(％)至少為5。
C.濕磨損試驗對下述噴霧條件(C)下形成的噴霧涂層，使用濕磨機(如JP-A-2000-180331所述的)進行噴霧涂層在潮濕環(huán)境的抗磨損性和抗腐蝕性試驗。計算試驗樣品的這個磨損率(mm3)和標準樣品磨損率(mm3)的體積比值作為磨損比，并按照評價標準(C)所列標準進行評價。
1)噴霧條件(C)熱噴霧設(shè)備HVOF熱噴霧設(shè)備JP-5000，TAFA Company制造氧氣流量1500scfh煤油流量6.0gph基材用于機械結(jié)構(gòu)(φ25×H75mm)的碳鋼管STKM12C噴霧涂層厚度200微米2)試驗條件(C)磨料A#8(JIS R6111)糊料中磨料濃度80％(重量)試驗時間200小時滑動距離5.67×105米標準樣品用于機械結(jié)構(gòu)(φ25×H75mm)的碳鋼管STKM12C3)評價標準(C)◎磨損比(％)小于8。
○磨損比(％)至少為8，小于15。
×磨損比(％)至少為15。
D.剝離壽命試驗對下述噴霧條件(D)下形成的噴霧涂層，進行圖1所示落球沖擊試驗儀機械剝離壽命的試驗。作為每次試驗的落下次數(shù)(n)，500個鋼球(直徑D9.5毫米，重量W3.32克)通過內(nèi)徑(d)為29.3毫米的導管從1米高度(L)連續(xù)落下，以60°的碰撞角撞擊試件2的噴霧涂層，觀察噴霧涂層的表面，統(tǒng)計直到出現(xiàn)碎裂和剝離時所經(jīng)受的沖擊次數(shù)。平均四次試驗的結(jié)果，獲得經(jīng)受的沖擊次數(shù)，并按照評價標準(D)所列標準進行評價。
1)噴霧條件(D)熱噴霧設(shè)備HVOF熱噴霧設(shè)備JP-5000，TAFA Company制造氧氣流量1500scfh煤油流量6.0gph基材S45C鋼板(100×100×20mm)噴霧涂層厚度100微米2)評價標準(D)◎經(jīng)受的沖擊次數(shù)至少30。
○經(jīng)受的沖擊次數(shù)至少為20，小于30。
×經(jīng)受的沖擊次數(shù)小于20。
試驗A-D的結(jié)果列于表3。
表3結(jié)果表明由實施例1-15代表的本發(fā)明的噴霧用粉末及其制造方法顯示很高的抗沖擊性、抗磨損性以及在潮濕環(huán)境中的優(yōu)良抗腐蝕性和抗磨損性。
表3
而且，和比較例1-8相比，實施例1-15盡管維克斯硬度相同或略差，但干燥和潮濕環(huán)境的抗磨損性很好。一般認為高維克斯硬度的，其抗磨損性優(yōu)良，但是，這里的試驗結(jié)果表明兩者并沒有必然的相關(guān)性。
本發(fā)明的噴霧用粉末通過熱噴霧在基材表面上形成的涂層，能顯示極高抗磨損性以及潮濕環(huán)境的抗磨損性，同時保持高的抗沖擊性的。而且，根據(jù)本發(fā)明制造噴霧用粉末的方法，和一開始就混合成其組分的制造方法相比，可以制造能形成極高抗磨損性以及潮濕環(huán)境的抗磨損性同時保持高的抗沖擊性的涂層的噴霧用粉末。
即，1)本發(fā)明的噴霧用粉末可用于形成涂層，這種粉末包含80-97％(重量)金屬陶瓷粉末和3-20％(重量)金屬粉末，而金屬粉末中以金屬粉末總重量為基準，Cr和Ni的總量至少90％的，以金屬粉末總重量為基準，Cr含量為0-55％(重量)。使用這種粉末能夠獲得抗沖擊性、抗磨損性和抗腐蝕性優(yōu)良的噴霧涂層。
2)通過其中金屬陶瓷粉末包含碳化鎢、碳化鉻和Ni的本發(fā)明噴霧用粉末，可以獲得具有高韌性和抗沖擊性以及潮濕環(huán)境中優(yōu)良的抗腐蝕性的噴霧涂層。
3)通過其中金屬陶瓷粉末包含碳化鎢、Co和Cr的本發(fā)明噴霧用粉末，與含碳化鎢、碳化鉻和Ni的金屬陶瓷粉末相比，可以獲得抗腐蝕性優(yōu)良的噴霧涂層。
4)通過其中構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鎢的平均粒度為2-20微米的本發(fā)明噴霧用粉末，可望得到抗沖擊性優(yōu)良而穩(wěn)定的噴霧涂層。
5)通過其中構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鉻的平均粒度為1-10微米的本發(fā)明噴霧用粉末，可望得到抗沖擊性和抗磨損性優(yōu)良而穩(wěn)定的噴霧涂層。
6)本發(fā)明制造噴霧用粉末的方法是加入并混合金屬粉末粉末和由團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制備的金屬陶瓷粉末，金屬粉末包含Cr和Ni，其總量為金屬粉末總重量的至少90％，Cr含量為金屬粉末總重量的0-55％(重量)，而以噴霧用粉末總重量為基準，金屬陶瓷粉末和金屬粉末分別為80-97％(重量)和3-20％(重量)。通過這種方法能夠得到可以形成高抗沖擊性、高抗磨損性以及在潮濕環(huán)境中優(yōu)良的腐蝕性和抗磨損性涂層的噴霧用粉末。
2001年1月25日提出的日本專利申請2000-16585的全部內(nèi)容，包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和說明書摘要參考結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于形成涂層的噴霧用粉末，以噴霧用粉末總重量為基準，該粉末包含80-97％重量的金屬陶瓷粉末和3-20％重量的金屬粉末，其中，金屬粉末包含Cr和Ni，Cr和Ni的總量為金屬粉末總重量的至少90％重量，Cr含量為金屬粉末總重量的0-55％重量。
2.如權(quán)利要求1所述的噴霧用粉末，其特征在于金屬陶瓷粉末包含碳化鎢、碳化鉻和Ni。
3.如權(quán)利要求1所述的噴霧用粉末，其特征在于所述金屬陶瓷粉末包含碳化鎢、Co和Cr。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的噴霧用粉末，其特征在于構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鎢的平均粒度為2-20微米。
5.如權(quán)利要求1或2所述的噴霧用粉末，其特征在于構(gòu)成金屬陶瓷粉末的碳化鉻的平均粒度為1-10微米。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的噴霧用粉末，其特征在于以金屬粉末總重量為基準，金屬粉末中的C含量最多為0.4％重量。
7.一種制造用于形成涂層的噴霧用粉末的方法，該方法包括加入并混合金屬粉末和由團化-燒結(jié)法、燒結(jié)-粉碎法或熔凝-粉碎法制得的金屬陶瓷粉末，金屬粉末包含Cr和Ni，Cr和Ni總量至少為金屬粉末總重量的90重量％，Cr含量為金屬粉末總重量的0-55重量％，以噴霧用粉末總重量為基準，金屬陶瓷粉末和金屬粉末的含量分別為80-97％重量和3-20％重量。
全文摘要
一種用于形成涂層的噴霧用粉末,以其總重量為基準,它包含80－97%(重量)的金屬陶瓷粉末和3－20%(重量)金屬粉末,金屬粉末包含Cr和Ni,它們的總量為金屬粉末總重量的至少90%,Cr含量為金屬粉末總重量的0－55%(重量)。
文檔編號B22F9/02GK1367209SQ0210285
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月25日
發(fā)明者五日市剛, 大澤悟 申請人:不二見株式會社