一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末，涉及高温等离子体应用技术领域，该金属粉末包括含铝元素的基础合金和以不同形式存在于所述含铝元素的基础合金中的碳源，当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至≤2000℃时，所述含铝元素的基础合金中的铝元素优先被氧化，形成氧化铝；当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至＞2000℃时，一部分所述碳源优先被氧化，形成碳氧化合物挥发，另一部分所述碳源将所述氧化铝还原为铝单质。该金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至超过2000℃的熔融粒子后，喷涂到需要保护的材质的基体表面上可以形成涂层质量一致性且均匀的含铝涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末
本专利技术涉及高温等离子体应用
与金属材料制造领域，特别是涉及一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末。
技术介绍
等离子喷涂是利用温度约为3000°～10,000℃的高速高温等离子体射流，将送入其中的粉末颗粒加热到完全融化或半融化状态、加速形成高速熔滴流，并将高速熔滴流喷射向基体表面，使高速熔滴流沉积在基体表面形成涂层的方法。等离子喷涂在大气氛中实施时，当高温等离子射流从喷枪高速喷出在大气中飞行时，很自然地将大气成分卷入其中。随射流离开喷枪距离的增加，大气成分的含量逐步增加，当距离增加至50mm以上时，高温等离子射流中的大气成分占比会超过50％，使得高温等离子焰流具有氧化性、且氧化性随距离的增加而增强。因此，采用等离子喷涂金属合金粉末制备金属合金涂层时，会发生氧化，从而使涂层中含有金属氧化物成分，导致涂层的质量较差且一致性难以保证。分析其原由，首先，一般金属氧化物与熔融金属合金的润湿性较差，氧化物夹杂在涂层会引起沉积粒子层间结合变差，不仅增加涂层孔隙率，使涂层失去对基体的耐腐蚀保护，而且降低涂层的力学性能与耐磨损性能。这是因为，当发生氧化的喷涂粒子在飞行过程中，由于氧化物的熔点高、粘性较大，沉积过程中会成块状堆积于粒子表面，阻碍熔融粒子沿基体表面的铺展，引起干扰而改变铺展方向，从而诱发遮挡效应产生孔隙夹杂。其次，氧化物的存在，阻碍了铺展中的金属与先前沉积且已经冷却凝固的金属的直接接触，阻止了粒子间金属键合的形成，又因熔融金属与氧化物具有润湿性差的特点，熔融金属快速铺展与冷却过程中难以与氧化物形成强的化学结合，而以弱结合存在的界面在后续冷却中发生界面分离会形成未结合界面。氧化物的存在不仅使涂层的成分与组织结构偏离预期设计的成分与组织，而且由于喷涂过程中众多工艺因素影响的复杂性，涂层中的氧化物含量与分布难以控制，使得涂层的组织与性能的一致性难以得到保证。已有技术中，为增强涂层内的粒子间结合而提高涂层的性能，并通过改善涂层成分提高涂层质量的一致性，降低等离子喷涂合金中的氧化，采用的一种方法是在惰性气体保护的腔室中进行喷涂，即采用真空等离子喷涂，或又称低压等离子喷涂进行喷涂，可以防止喷涂中的氧化。但这种方法由于受保护腔室的限制，导致设备投资大幅度增加，同时运行成本显著增加，仅适用于不考虑成本的一些结构件的喷涂。即使如此，由于受腔室尺寸的限制，不仅喷涂灵活性受到限制，可喷涂的结构工件的尺寸也受到限制。另一种方法是采用气罩保护等离子，在等离子喷枪上外加一气冷或水冷保护罩，隔离离开喷枪的高温等离子体射流与空气的接触与卷入，然而气罩保护也需要加入保护性冷却气体，这导致增加成本，而且仅适用于近似平基体表面这类比较规则结构件的喷涂。因此，如何在大气氛下直接进行等离子喷涂中解决熔融金属合金粒子的氧化是本领域研究工作者与技术人员至今尚未解决的重要问题。特别是对于含铝(Al)的金属合金，由于Al易与氧氧化，当高温熔滴中含有Al元素时，会发生Al的氧化而形成氧化铝，并在熔融粒子碰撞沉积过程中夹杂于涂层中，引起前述的增加涂层孔隙率、降低沉积粒子间的结合，使涂层失去对基体材料的腐蚀防护作用。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末，以解决目前等离子喷涂中含铝熔融粒子氧化引起的涂层质量较差，而且涂层质量一致性与均匀性又难以保证的问题。为了解决上述问题，本专利技术实施例公开了一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末，包括：含铝元素的基础合金，以不同形式存在于所述含铝元素的基础合金中的碳源，其中：当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至≤2000℃时，所述含铝元素的基础合金中的铝元素优先被氧化，形成氧化铝；当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至＞2000℃时，一部分所述碳源优先被氧化，形成碳氧化合物挥发，另一部分所述碳源将所述氧化铝还原为铝单质。在本专利技术实施例中，所述含铝元素的基础合金包括铝基合金、含铝合金元素的金属合金、铝与其它金属形成金属间化合物的合金和含铝化物金属间化合物的合金中的至少一者。在本专利技术实施例中，所述铝基合金包括纯铝和铝合金。在本专利技术实施例中，所述含铝合金元素的金属合金包括含铝的铜合金、含铝的铁基合金、含铝的镍基合金、含铝的钴基合金或含铝的钛合金。在本专利技术实施例中，所述铝与其它金属形成金属间化合物的合金包括：铝与其它金属构成的金属间化合物，或含有铝与其它金属构成的金属间化合物的金属合金。在本专利技术实施例中，以不同形式存在于所述含铝元素的基础合金中的碳源，包括：以固溶形式的碳固溶在所述含铝元素的基础合金中的碳，或以碳的同素异构体形式复合在所述含铝元素的基础合金中的石墨或金刚石相，或以颗粒状复合在所述含铝元素的基础合金中的碳化物。在本专利技术实施例中，所述金属粉末的粒径为10～100μm之间的任意值。在本专利技术实施例中，在所述金属粉末中，所述碳源的含量为1wt％～10wt％之间的任意值。本专利技术实施例包括以下优点：本专利技术实施例提供了一种含铝的金属粉末，可以应用于等离子喷涂，该金属粉末包括含铝元素的基础合金和以不同形式存在于所述含铝元素的基础合金中的碳源，在大气氛围下的等离子喷涂中，该金属粉末可以被高温等离子射流加热至熔化形成无氧化物的高温熔融粒子，具体原理是，当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至≤2000℃时，所述含铝元素的基础合金中的铝元素优先被氧化，形成氧化铝；当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至＞2000℃时，一部分所述碳源优先被氧化，形成碳氧化合物挥发，另一部分所述碳源将所述氧化铝还原为铝单质。无氧化物的高温熔融粒子喷涂到相应材质的基体表面上可以形成涂层质量一致性且均匀的含铝涂层，能有效地解决目前等离子喷涂中含铝熔融粒子氧化引起的涂层质量较差的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是采用本专利技术实施例的金属粉末制备的Ni-Al基涂层的断面组织图一；图2是采用本专利技术实施例的金属粉末制备的Ni-Al基涂层的断面组织图二。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。针对本专利技术的技术问题，本专利技术实施例提供了一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末，在大气氛围下的等离子喷涂中，该金属粉末可以被高温等离子射流加热至熔化形成熔融粒子，并喷涂到相应材质的基体表面上以形成涂层质量一致性且均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末，其特征在于，包括：/n含铝元素的基础合金，以不同形式存在于所述含铝元素的基础合金中的碳源，其中：/n当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至≤2000℃时，所述含铝元素的基础合金中的铝元素优先被氧化，形成氧化铝；/n当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至＞2000℃时，一部分所述碳源优先被氧化，形成碳氧化合物挥发，另一部分所述碳源将所述氧化铝还原为铝单质。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于等离子喷涂的含铝的金属粉末，其特征在于，包括：
含铝元素的基础合金，以不同形式存在于所述含铝元素的基础合金中的碳源，其中：
当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至≤2000℃时，所述含铝元素的基础合金中的铝元素优先被氧化，形成氧化铝；
当所述金属粉末在大气氛围下被高温等离子射流加热至＞2000℃时，一部分所述碳源优先被氧化，形成碳氧化合物挥发，另一部分所述碳源将所述氧化铝还原为铝单质。


2.根据权利要求1所述的金属粉末，其特征在于，所述含铝元素的基础合金包括铝基合金、含铝合金元素的金属合金、铝与其它金属形成金属间化合物的合金和含铝化物金属间化合物的合金中的至少一者。


3.根据权利要求2所述的金属粉末，其特征在于，所述铝基合金包括纯铝和铝合金。


4.根据权利要求2所述的金属粉末，其特征在于，所述含铝合金元素的金属合金包括含铝的铜合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长久，张黎，雒晓涛，李成新，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61