低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末及制備方法與流程

本發明涉及涂層制備領域，具體涉及噴涂用高鋁青銅基粉末德制備技術。

背景技術：

冷氣動力噴涂根據使用壓縮氣體的壓力可以分為高壓冷氣動力噴涂與低壓冷氣動力噴涂。高壓冷氣動力噴涂使用的壓縮氣體壓力為15個大氣壓以上，低壓冷氣動力噴涂使用的壓縮空氣為10個大氣壓以下。高壓冷氣動力噴涂制備過程中氣體壓力大，粉末沉積形成涂層的效果好、能力強，可以制備任意厚度的涂層。因為高壓冷氣動力噴涂對高壓的需求，造成高壓冷氣動力噴涂設備昂貴、噴涂工裝投資大、涂層制備成本高。相比之下，低壓冷氣動力噴涂設備小、造價低，涂層制備成本低；因此低壓冷氣動力噴涂技術具有很大的商業競爭能力與發展前景。

冷氣動力噴涂制備涂層的過程中存在著粉體顆粒在基體表面的沉積與粉體顆粒對基體表面的沖蝕兩種效應。當粉體顆粒的沉積效應大于粉體顆粒的沖蝕效應時，基體表面會沉積一層涂層；當粉體顆粒的沖蝕效應大于粉體顆粒的沉積效應時，基體表面會形成粗糙的沖蝕面，不會有涂層形成。當粉體顆粒速度超過一個速度臨界值的時候，粉體在基體上會表現出沉積效應；當粉體顆粒速度小于這個臨界值的時候，粉體顆粒表現出來的使沖蝕效應。低壓冷氣動力噴涂使用的氣體壓力小，粉體顆粒在氣流中獲得的能量比高壓冷氣動力噴涂的小，粉末顆粒撞擊基體的瞬時速度小；而粉體顆粒撞擊基體時的速度小造成粉體在基體表面更容易出現沖蝕效應，最終導致涂層厚度上不去，或者無法形成有效的涂層。另外目前低壓冷氣動力噴涂使用的粉體材料，其中金屬顆粒的硬度都不高，一般在100hv左右。這是因為硬度高的金屬顆粒在低壓冷氣動力噴涂的過程中，變形困難，不利于金屬粉體顆粒的沉積。

技術實現要素：

本發明的目的是提供了一種低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末及制備方法。

本發明是低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末及制備方法，低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末，按質量百分比計，其組分為：高鋁青銅粉75-90%，al2o3粉10%-25%；各組分的重量百分比之和為100%；配制該高鋁青銅基粉末使用的高鋁青銅粉與al2o3粉的粒度范圍均為10-50μm，其中高鋁青銅粉是形狀為非球形的高鋁青銅預制合金粉、al2o3粉是形狀為多邊形的α相al2o3粉；

上述高鋁青銅預制合金粉的合金成分質量百分比為：cu元素70-80%，al元素12-16%，fe元素2-4%，mn元素0.5-2%，ni元素0.2-0.5%，co元素0.2-0.5%。

低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末的制備方法，其步驟為：

（1）選取粒度范圍為10-50μm、形狀為非球形的高鋁青銅預制合金粉和形狀為多邊形的α相al2o3粉；

（2）將高鋁青銅粉體材料加熱至400°c，保溫2小時，然后隨爐冷卻到室溫；將α相al2o3粉體材料加熱烘干；

（3）將粉體材料按照以上所述比例，稱取粉末，機械混合至均勻，得到低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末。

本發明的有益效果是：本發明所得的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末有很好的低壓冷氣動力噴涂的性能；使用本發明所得的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末，在普通鋼材、銅合金和硬度較高的合金鋼等基體上進行低壓冷氣動力噴涂，涂層厚度可以超過10mm。本發明所得的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末可以用于低壓冷噴涂修復或制造零件，為零件的修復與制造帶來方便且能節約成本。例如，使用本發明所得的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末，可以對鋼的型材、板材軋輥進行低壓冷氣動力噴涂修復，提高軋輥的耐摩擦和耐腐蝕性能，增加其使用壽命，降低鋼材軋輥的維修成本；還可以對汽車的缸體、密封閥進行低壓冷氣動力噴涂制備或者修復，提高汽車缸體或密封閥的耐腐蝕性能，增加其使用壽命，降低缸體與密封閥的制備或維修成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例中低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末微觀形貌圖，圖2是cr12mov合金鋼基體上低壓冷氣動力噴涂高鋁青銅基涂層的截面圖。

具體實施方式

本發明是低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末及制備方法，低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末，按質量百分比計，其組分為：高鋁青銅粉75-90%，al2o3粉10%-25%；各組分的重量百分比之和為100%；配制該高鋁青銅基粉末使用的高鋁青銅粉與al2o3粉的粒度范圍均為10-50μm，其中高鋁青銅粉是形狀為非球形的高鋁青銅預制合金粉、al2o3粉是形狀為多邊形的α相al2o3粉；

上述高鋁青銅預制合金粉的合金成分質量百分比為：cu元素70-80%，al元素12-16%，fe元素2-4%，mn元素0.5-2%，ni元素0.2-0.5%，co元素0.2-0.5%。

低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末的制備方法，其步驟為：

（1）選取粒度范圍為10-50μm、形狀為非球形的高鋁青銅預制合金粉和形狀為多邊形的α相al2o3粉；

（2）將高鋁青銅粉體材料加熱至400°c，保溫2小時，然后隨爐冷卻到室溫；將α相al2o3粉體材料加熱烘干；

（3）將粉體材料按照以上所述比例，稱取粉末，機械混合至均勻，得到低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末。

為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例:在此實施實例中，本發明提供的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末，由以下質量百分比的原料制備而成：

高鋁青銅粉75-90%，al2o3粉10%-25%；各組分的重量百分比之和為100%；配制該高鋁青銅基粉末使用的高鋁青銅粉與al2o3粉的粒度范圍均為10-50μm，其中高鋁青銅粉是形狀為非球形的高鋁青銅預制合金粉、al2o3粉是形狀為多邊形的α相al2o3粉。

上述高鋁青銅預制合金粉的合金成分質量百分比為：cu元素70-80%，al元素12-16%，fe元素2-4%，mn元素0.5-2%，ni元素0.2-0.5%，co元素0.2-0.5%。

本發明實例還提供了上述低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末的制備方法，包括如下步驟：

（1）選取粒度范圍為10-50μm、形狀為非球形的高鋁青銅預制合金粉和形狀為多邊形的α相al2o3粉；

（2）將高鋁青銅粉體材料加熱至400°c，保溫2小時，然后隨爐冷卻到室溫；將α相al2o3粉體材料加熱烘干；

（3）將粉體材料按照上述比例，稱取粉末，機械混合至均勻；

通過上述步驟即可得到低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末。

圖1所示為制得的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末微觀形貌圖。

本具體實施配方中高鋁青銅粉是使用霧化法制備的，形狀為非球形的預制銅合金粉，非球形的高鋁青銅粉顆粒在低壓冷氣動力噴涂的氣流中相比球形高鋁青銅粉顆粒會獲得更多的牽引力，這會使非球形高鋁青銅粉顆粒的飛行速度大于球形高鋁青銅粉顆粒的飛行速度。較大的顆粒飛行速度，會讓高鋁青銅粉顆粒更容易產生塑性變形、更容易沉積在基體表面。

目前低壓冷氣動力噴涂用粉末中的金屬顆粒硬度都不高，較低的硬度有利于金屬顆粒的塑性變形、有利于粉體材料的沉積形成涂層。霧化法制備得到的高鋁青銅合金粉體材料的硬度達到400hv以上，直接用于低壓冷氣動力噴涂，很難在基體上形成涂層。本具體實施配方中將霧化法制備得到的高鋁青銅合金粉體材料進行400°c的退火軟化處理，解決金屬顆粒硬度高、不利于涂層形成的問題。退火軟化后的高鋁青銅合金粉體材料在形成涂層的低壓冷氣動力噴涂過程中，通過劇烈的塑性變形，其硬度又恢復到400hv以上。

本具體實施配方中α相al2o3粉末是多邊形的顆粒。多邊形的α相al2o3粉末顆粒由于其形狀，在噴涂過程中，可以使粉末顆粒沉積界面保持較大的粗糙度，這可以讓高鋁青銅粉體顆粒與沉積表面產生良好的機械結合，提高涂層沉積的厚度。同時，多邊形的α相al2o3粉末顆粒由于其硬度大于高鋁青銅粉顆粒，在低壓冷氣動力噴涂過程中，可以促進高鋁青銅粉顆粒的塑性變形，減少涂層中的孔隙，提高涂層內部的結合強度。

使用本發明提供的低壓冷噴涂用高鋁青銅基粉末在常用的軋輥材料cr12mov合金鋼基體上制備厚度超過10mm的低壓冷氣動力噴涂涂層，涂層截面如圖2所示。圖2的左邊為cr12mov合金鋼基體，右邊是使用本發明提供的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末制備得到的低壓冷氣動力噴涂高鋁青銅基涂層。在圖2中基體與涂層之間有明顯的界面；涂層致密，沒有明顯的孔隙。圖2中低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末中的電解銅粉變形良好，在涂層中完全看不出原有的高鋁青銅粉末形貌；低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末中的α相al2o3粉末顆粒均勻分布在涂層中，與涂層結合良好。這是因為，低壓冷氣動力噴涂過程中，多邊形的α相al2o3粉末顆粒能持續活化粉末沉積的界面，促使低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末不斷沉積，形成涂層，促使涂層厚度增長。另外多邊形的α相al2o3粉末顆粒可以促進高鋁青銅粉充分變形，提高涂層的致密度，減少涂層中的孔隙。涂層中的α相al2o3粉末顆粒尺寸與粉體材料中的α相al2o3粉末顆粒尺寸相比，涂層中的α相al2o3粉末顆粒尺寸變小了；這是因為噴涂過程中，高鋁青銅粉體顆粒撞擊沉積在涂層表面的α相al2o3粉末顆粒，由于高鋁青銅粉體顆粒硬度較高，造成α相al2o3粉末顆粒破碎，最終形成α相al2o3粉末顆粒尺寸小的高鋁青銅基涂層。

在以上具體實施中，使用本發明提供的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末在cr12mov合金鋼基體制備了厚度超過10mm的低壓冷氣動力噴涂涂層，旨在證明，本發明提供的低壓冷氣動力噴涂用高鋁青銅基粉末可以在金屬工程材料基體上制備低壓冷氣動力噴涂涂層，且涂層的厚度可以達到10mm以上。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。