一种高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法

1.本发明涉及热喷涂涂层材料领域，具体为一种高温环境下耐磨耐蚀高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法。


背景技术：

2.随着现代工业的不断发展,技术装备需要在更高的工作参数和更恶劣的服役环境下运行，零部件往往处于高磨损、高负荷、高温和腐蚀等严苛工况。为了延长使用寿命、提高运行精度与稳定性，零部件表面进行涂层防护是一种有效手段。高钼高硅钴基合金涂层具有优异的耐磨损、耐擦伤、耐腐蚀、抗高温氧化和抗磨粒磨损性能，同时高温红硬性好，用于起落架、轴承、活塞环、涡轮机匣等重要零部件的表面防护。因此，有必要研发一种高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，有效控制粉末的合金成分与杂质含量，为制备性能优异的耐磨耐蚀涂层提供基础与保障。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高温环境下耐磨耐蚀高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，采用该方法制得的合金粉末材料化学成分均匀、杂质含量少、成粉率高，为制备高质量耐磨耐蚀防护涂层提供可靠的材料保障。
4.本发明的技术方案是：
5.一种高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，采用“预制母合金 超声气体雾化”两步法工艺；按重量百分比计，该合金粉末的化学成分及杂质含量如下：co余量；cr:16～19；mo:27～30；si:3～4；fe≤1.50；o≤0.15；ni≤1.00；c≤0.03；p≤0.03；s≤0.02。
6.所述的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
7.步骤1：母合金锭制备
8.采用真空感应熔炼法制备母合金锭，将原料钴、钼和铬置于镁铝坩埚内；抽真空，真空度不大于5pa时加热，精炼温度1550
±
50℃，精炼时间8min～20min，然后浇注成雾化合金锭；
9.步骤2：粉末气体雾化制备
10.采用超声气体雾化技术制备粉体材料，将雾化合金锭置于镁铝坩埚内，硅放入加料斗；抽真空，真空度不大于5pa时加热，熔炼温度1460
±
50℃时停止抽真空，炉体内充入氩气至常压，然后加入硅继续熔炼2～5min后雾化，雾化介质为氩气，雾化压力8mpa～11mpa，合金液流量为3.5kg/min～5.5kg/min；
11.步骤3：对步骤2所制备的粉末进行粒度筛分。
12.所述的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，利用hartman激波管原理使高压气体加速，并产生振荡频率为1～10万赫兹的脉冲气流，该气流直接冲击液态金属流，使其雾化成微小的液滴，随后液滴在飞行过程中与气体产生热交换后快凝成合金粉末。
13.所述的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，按重量百分比计，该合金粉末
粒度组成为： 325目≤5％，-325目～ 800目≥85％，-800目≤10％。
14.所述的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，该合金粉末的流动性为≤20s/50g，松装密度为≥4.6g/cm3。
15.所述的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，该合金粉末颗粒呈球形或近球形。
16.所述的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，该合金粉末成品率为45～65％。
17.本发明设计思想及原理如下：
18.本发明高钼高硅钴基热喷涂合金粉末成分中加入过量的钼和硅，在凝固过程中会析出硬质相laves相，并均匀分散在软的钴合金基体中，使得材料具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能，然而钼和硅元素的熔点差异较大(钼的熔点2620℃，硅的熔点1410℃)，原材料的熔炼和雾化过程如何保证合金成分的均匀是技术难题。本发明中采用“预制母合金 超声气体雾化”两步法工艺，实现对合金成分的有效控制；同时，采用超声气体雾化技术并优化雾化工艺参数，实现合金粉末粒度和形貌有效控制。
19.本发明的优点及有益效果是：
20.采用本发明所述方法制得的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末化学成分、杂质含量、形貌和粒度均得到有效控制，具有优异的流动性和松装密度，为制备高质量涂层提供了材料保障，该粉末可广泛应用于航空、冶金、机械、电力等领域，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
21.图1为实施例1中高钼高硅钴基热喷涂合金粉末扫描电镜照片。
22.图2为实施例2中高钼高硅钴基热喷涂合金粉末扫描电镜照片。
23.图3为实施例3中高钼高硅钴基热喷涂合金粉末扫描电镜照片。
具体实施方式
24.在具体实施过程中，本发明高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法，所述高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的化学成分及杂质含量如表1所示。
25.表1高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的化学成分及杂质含量
[0026][0027]
采用“预制母合金 超声气体雾化”两步法工艺，实现对粉末化学成分的有效控制，具体工艺过程如下：
[0028]
步骤1：母合金锭制备
[0029]
采用真空感应熔炼法制备母合金锭，将原料钴、钼和铬置于镁铝坩埚内。抽真空，真空度不大于5pa时加热，精炼温度1550
±
50℃，精炼时间8min～20min，然后浇注成雾化合金锭。
[0030]
步骤2：粉末气体雾化制备
[0031]
采用超声气体雾化技术制备粉体材料，利用hartman激波管原理使高压气体加速，并产生振荡频率为1～10万赫兹的脉冲气流，该气流直接冲击液态金属流，使其雾化成微小的液滴，随后液滴在飞行过程中与气体产生热交换后快凝成合金粉末。。
[0032]
将雾化合金锭置于镁铝坩埚内，硅放入加料斗。抽真空，真空度不大于5pa时加热，熔炼温度1460
±
50℃时加入停止抽真空，炉体内充入氩气至常压，然后加入硅继续熔炼2～5min后雾化，雾化介质为氩气，雾化压力8mpa～11mpa，合金液流量为3.5kg/min～5.5kg/min。
[0033]
步骤3：对步骤2所制备的粉末进行粒度筛分，粒度组成满足表2要求。
[0034]
表2高钼高硅钴基热喷涂合金粉末粒度组成
[0035]
粒度 325目-325目～ 800目-800目含量(wt％)≤5％≥85％≤10％
[0036]
为了保证杂质含量满足要求，优选的原料为：
[0037]
(1)钴(co)：满足牌号co9995或相当规格、更高规格的电解钴；
[0038]
(2)钼(mo)：牌号mo-1或mo-2的钼条；
[0039]
(3)铬(cr)：满足牌号jcr98.5a或相当规格、更高规格的金属铬；
[0040]
(4)硅(si)：3303级或相当规格、更高规格的工业硅。
[0041]
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
[0042]
实施例1
[0043]
本实施例中，高钼高硅钴基热喷涂合金粉末的制备方法如下：
[0044]
步骤1：母合金锭制备
[0045]
采用真空感应熔炼法制备母合金锭，将原料钴、钼和铬置于镁铝坩埚内，抽真空，真空度3pa时加热，精炼温度1550℃，精炼时间10min，然后浇注成雾化合金锭。
[0046]
步骤2：粉末气体雾化制备
[0047]
采用超声气体雾化设备制备粉体，将母合金锭置于镁铝坩埚内，硅放入加料斗。真空度2pa时加热，熔炼温度1460℃时停止抽真空，炉体内充入氩气至常压，然后加入硅，继续熔炼3min后雾化，雾化介质为氩气，雾化压力10mpa，合金液流量为5.5kg/min，液态合金流经雾化喷嘴时被高压高速气流破碎成小液滴，随后液滴在飞行过程中与气体产生热交换后快凝成合金粉末。
[0048]
步骤3：对步骤2所制备的粉末进行粒度筛分，粒度组成如表3所示。
[0049]
表3实施例1合金粉末粒度组成
[0050]
粒度 325目-325目～ 800目-800目含量(wt％)0.5％95.34.2％
[0051]
对步骤3所制备的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末进行表征：
[0052]
(1)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末化学成分及杂质含量如表4所示。
[0053]
表4实施例1粉末的化学成分及杂质含量
[0054][0055]
(2)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末流动性为16.0s/50g，松装密度为4.89g/cm3。
[0056]
(3)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末颗粒呈球形或近球形(如图1)。
[0057]
(4)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末成品率为48.5％。
[0058]
实施例2
[0059]
与实施例1不同之处在于，步骤2：粉末气体雾化制备时，采用超声气体雾化设备制备粉体，将母合金锭置于镁铝坩埚内，硅放入加料斗。真空度3pa时加热，熔炼温度1450℃时停止抽真空，炉体内充入氩气至常压，然后加入硅，继续熔炼5min后雾化，雾化介质为氩气，雾化压力9mpa，合金液流量为4kg/min，液态合金流经雾化喷嘴时被高压高速气流破碎成小液滴，随后液滴在飞行过程中与气体产生热交换后快凝成合金粉末。
[0060]
对实施例2所制备的粉末进行粒度筛分，粒度组成如表5所示。
[0061]
表5实施例2粉末粒度组成
[0062]
粒度 325目-325目～ 800目-800目含量(％)0.4％92.86.8％
[0063]
对实施例2所制备的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末进行表征：
[0064]
(1)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末化学成分及杂质含量如表6所示。
[0065]
表6实施例2粉末的化学成分及杂质含量
[0066][0067]
(2)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末流动性为16.2s/50g，松装密度为4.90g/cm3。
[0068]
(3)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末颗粒呈球形或近球形(如图2)。
[0069]
(4)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末成品率为56.3％。
[0070]
实施例3
[0071]
与实施例1不同之处在于，步骤2：粉末气体雾化制备时，采用超声气体雾化设备制备粉体，将母合金锭置于镁铝坩埚内，硅放入加料斗。真空度1pa时加热，熔炼温度1470℃时停止抽真空，炉体内充入氩气至常压，然后加入硅，继续熔炼4min后雾化，雾化介质为氩气，雾化压力8mpa，合金液流量为3.5kg/min，液态合金流经雾化喷嘴时被高压高速气流破碎成小液滴，随后液滴在飞行过程中与气体产生热交换后快凝成合金粉末。
[0072]
对实施例3所制备的粉末进行粒度筛分，粒度组成如表7所示。
[0073]
表7实施例3粉末粒度组成
[0074]
粒度 325目-325目～ 800目-800目含量(wt％)0.4％92.96.7％
[0075]
对实施例3所制备的高钼高硅钴基热喷涂合金粉末进行表征：
[0076]
(1)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末化学成分及杂质含量如表8所示。
[0077]
表8实施例3粉末的化学成分及杂质含量
[0078][0079]
(2)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末流动性为16.2s/50g，松装密度为4.90g/cm3。
[0080]
(3)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末颗粒呈球形或近球形(如图3)。
[0081]
(4)高钼高硅钴基热喷涂合金粉末成品率为60.3％。
[0082]
实施例结果表明，采用本发明所述方法制备的cocraly合金粉末其化学成分和杂质含量、流动性、松装密度、颗粒形貌均在要求范围内，且粉末质地均匀、干燥。本发明获得的粉末成分均匀、杂质含量少、球形度好，有利于制备高质量耐磨耐蚀涂层。