專利名稱：用于熱涂布基材的金屬粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱噴涂粉末及其制備和應(yīng)用。特別是，本發(fā)明涉及用于熱涂布鋁基材的噴涂粉末。
背景技術(shù)：
已知多種不同的在鋁基材上制備涂層的方法。這些方法用于，例如具有通過熱噴涂形成的氣缸襯里的鋁發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
美國(guó)專利No.2588422公開了一種具有通過熱噴涂形成的氣缸襯里的鋁發(fā)動(dòng)機(jī)部件。這些襯里在未經(jīng)處理的發(fā)動(dòng)機(jī)部件表面上以兩層的方式形成，頂層是堅(jiān)硬的滑動(dòng)層，如約1毫米厚的鋼層，底層是約50微米厚的二價(jià)鉬的夾層。包含至少60％的鉬的夾層不構(gòu)成滑動(dòng)層，但是必須有該層，以便將堅(jiān)硬的滑動(dòng)層粘合到鋁部件上。優(yōu)選，夾層由純鉬組成?；瑒?dòng)層是硬金屬層，例如碳鋼、青銅或不銹鋼，其中鋼可以是例如包含鎳、鉻、釩或者鉬的合金。原則上，這種雙層結(jié)構(gòu)能提供優(yōu)良的滑動(dòng)層，但是雙涂層的成本相當(dāng)高。
在最近的熱噴涂法中，用粉末狀鋼與粉末狀鉬的混合物組成熱噴涂粉末，如美國(guó)專利No.6095107中所描述的。然而問題是，由于基料鋼粉末和碾碎的鉬粉末之間的性能差異會(huì)出現(xiàn)分離的危險(xiǎn)，這可能產(chǎn)生不均勻的涂層。另一個(gè)缺點(diǎn)是，由于分離效果而需要相對(duì)大量的鉬。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的是提供一種用于熱涂布基材，特別是鋁的便宜的金屬粉末。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種不會(huì)分離的粉末，并且該粉末中的昂貴的鉬合金化金屬的量與現(xiàn)在使用的方法相比有所減少。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種熱粉末，其具有高沉積效率并且能得到優(yōu)良的涂層品質(zhì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種熱粉末，其能得到具有適合孔隙度和氧化物含量的涂層，并且其中的孔隙主要是封閉且隔離的，并且具有有利的孔隙直徑范圍。
發(fā)明概述用含有預(yù)合金的鐵基料粉末的金屬粉末達(dá)到了這些目的，所述鐵基料粉末具有擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上的鉬顆粒，如還原的三氧化鉬。
發(fā)明詳述根據(jù)所希望的最終涂層以及基材的性能來選擇鐵基料粉末的類型和粒徑?；戏勰﹥?yōu)選與希望在涂層中的元素進(jìn)行預(yù)合金。也可將鉬含量的一小部分包含在預(yù)合金粉末中。預(yù)合金基料粉末可包含的其它元素是C、Si、Mn、Cr、V和W?？赏ㄟ^使用水或氣體進(jìn)行粉化(atomisation)來制備預(yù)合金粉末。對(duì)于PTA，基料粉末的粒徑小于500微米，優(yōu)選為25-210微米；對(duì)于HVOF或等離子噴涂，基料粉末的粒徑小于90微米，優(yōu)選小于65微米。
根據(jù)本發(fā)明，將基料粉末和合金粉末即合金元素源(優(yōu)選是三氧化鉬)按照規(guī)定的配方進(jìn)行混合，并且將混合物加熱到低于所得混合物熔點(diǎn)的溫度。該溫度應(yīng)足夠高，以確保合金元素充分地?cái)U(kuò)散進(jìn)入鐵基料粉末，以便形成部分或擴(kuò)散合金化粉末。另一方面，該溫度應(yīng)低于完全預(yù)合金所需的溫度。通常，該溫度為700-1000℃，優(yōu)選為750-900℃，還原在還原氣氛例如氫氣中進(jìn)行30分鐘至2小時(shí)以還原三氧化鉬，三氧化鉬是優(yōu)選的鉬源。可以使用作為另一可選鉬源的金屬鉬。從例如日本專利公開8-209202、63-137102和3-264642中可知，關(guān)于這一點(diǎn)可提到具有擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上的鉬的金屬粉末。然而，在粉末冶金工業(yè)中使用這些已知的粉末來制備各種形狀和大小的燒結(jié)制品。此外，與本發(fā)明的粉末相反，這些已知的粉末經(jīng)常不僅具有擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上的鉬，而且具有擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上的銅和/或鎳。在這些已知的粉末中，擴(kuò)散合金化的鉬的含量通常很低，而在用于熱涂布的本發(fā)明的粉末中，擴(kuò)散合金化的鉬含量應(yīng)該高，以便產(chǎn)生有效的滑動(dòng)。迄今，已經(jīng)由擴(kuò)散合金化的鉬含量超過約4wt％的粉末得到了最令人感興趣的結(jié)果。也應(yīng)注意，在本發(fā)明的用于熱噴涂的粉末中，僅僅是鉬擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上。這種擴(kuò)散合金化的鉬的上限取決于基料顆粒能夠負(fù)載多少鉬，大約為15wt％，參見下文。
最終熱噴涂粉末的粒徑基本上與預(yù)合金基料粉末的粒徑相同，因?yàn)檫€原三氧化鉬時(shí)獲得的鉬顆粒與基料粉末顆粒相比是很小的。擴(kuò)散合金到基料粉末上的Mo的量應(yīng)該至少是粉末組合物總量的2wt％。優(yōu)選Mo的量為2-15wt％，最優(yōu)選為3-10wt％。
將擴(kuò)散合金化粉末施用到金屬基基材上的不同方法是噴涂或焊鍍(weld cladding)法，如火焰噴涂、HVOF和等離子噴涂或PTA。
用下列制備和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是不是對(duì)其進(jìn)行限制。
實(shí)施例對(duì)用于熱涂布的基于水粉化的Fe基(Fe-3Cr-0.5Mo)+5％Mo的新材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
使用的基料和化學(xué)分析水粉化的鐵粉末(Fe-3Cr-0.5Mo)-71微米三氧化鉬MoO3(平均粒徑3-7微米)
步驟在L鰀ige混合器中將92.46％的水粉化的(Fe-3Cr-0.5Mo粉末)和7.54％的MoO3一起混合，并在如下的條件下進(jìn)行退火溫度820℃時(shí)間60分鐘氣氛還原氣氛(類型H2、N2、CO2以及這些氣體的混合物)退火后，將粉末塊碾碎并篩分，使其粒徑小于75微米。
篩析和化學(xué)組成(退火后的粉末混合物)
將所得粉末用于等離子噴涂法，以涂布Al基基材。用最少量的Mo獲得了出人意料的均勻且優(yōu)良的涂層。


圖1是含有擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒表面上的鉬的粉末的顯微圖。圖2公開了涂層。
權(quán)利要求
1.用于熱涂布基材的金屬粉末，所述粉末基本上由預(yù)合金的鐵基料粉末顆粒組成，所述鐵基料粉末顆粒具有擴(kuò)散合金到該基料粉末顆粒上的鉬顆粒。
2.權(quán)利要求1的粉末，其中所述鉬顆粒源于還原的三氧化鉬。
3.權(quán)利要求1或2的粉末，其中擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上的鉬的量高于金屬粉末的2wt％，優(yōu)選高于3wt％，最優(yōu)選高于4wt％。
4.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末，其中擴(kuò)散合金到基料粉末顆粒上的鉬的量為金屬粉末的2-15wt％，優(yōu)選為3-10wt％，最優(yōu)選為4-10wt％。
5.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末，其中預(yù)合金的基料粉末是氣體粉化的粉末。
6.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末，其中預(yù)合金的基料粉末是水粉化的粉末。
7.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末，其中預(yù)合金的基料粉末包含至少一種選自碳、硅、錳、鉻、鉬、釩和鎢的元素。
8.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末，其具有的粒徑小于500微米，優(yōu)選為25-210微米。
9.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末，其具有的粒徑小于90微米，優(yōu)選小于65微米。
10.用于熱涂布鋁基材的前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及擴(kuò)散合金金屬粉末用于熱涂布基材的用途。所述粉末含有預(yù)合金的鐵基料粉末顆粒，其具有擴(kuò)散合金到所述基料粉末顆粒上的鉬顆粒。
文檔編號(hào)C23C4/06GK1524131SQ02810142
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者U·霍爾姆奎斯特, H·哈倫, U 霍爾姆奎斯特 申請(qǐng)人:赫加奈斯公司