專利名稱：一種細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金粉末技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著航空航天、能源、石化等工業(yè)的迅速發(fā)展，要求材料能適應(yīng)更高的環(huán)境溫度。鈷基合金是由鈷和鎳、鉻、鐵等合金元素組成的一種合金的總稱，是一種常用的耐高溫腐蝕的合金。航空航天技術(shù)中已大量使用鈷基合金，鈷基合金在1038°C以上時，其優(yōu)越性遠(yuǎn)超鎳基合金，可應(yīng)用于高效率的發(fā)動機(jī)部件。而隨著表面防護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，用鈷基合金粉末制備高溫防護(hù)涂層的方法已受到普遍關(guān)注。鈷基合金粉中應(yīng)用較多的有(1)鈷鉻鉬硅合金粉，涂層在高溫強(qiáng)腐蝕介質(zhì)下工作良好。可用于等離子噴涂、超音速噴涂等涂層制備工藝。( 鈷鉻鋁釔屬鈷基超高溫合金，結(jié)合強(qiáng)度高，可做高溫打底層材料。制備的涂層致密，抗氧化性能優(yōu)異，耐腐蝕和氣蝕。 可用于超音速噴涂、爆炸噴涂或等離子噴涂。主要應(yīng)用于冶金軋輥，高溫退火爐輥等熱加工設(shè)備表面的防結(jié)瘤涂層制造與修復(fù)，航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片和燃?xì)鈾C(jī)葉片的耐熱涂層以及噴氣發(fā)動機(jī)燃燒室加力筒和火焰筒熱障涂層的粘接過渡層。(；3)鈷鉻鎢合金粉末，其涂層有突出的耐氣蝕、耐擦傷和抗剝落性能，且具有良好的抗沖擊和耐震動性能及抗粘著磨損和磨粒磨損性，高溫性能好，并耐氧化，是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質(zhì)合金粉末，主要適用于擦傷、剝落和磨損的工作環(huán)境，用于高溫下工作的心軸、 鍛造工具、熱軋輥、渦輪機(jī)密封件和密封閥、內(nèi)燃機(jī)排氣閥及閥座等的噴焊或噴涂。目前我國低氧含量、細(xì)粒度的鈷基合金粉末主要依賴進(jìn)口，且主要應(yīng)用在航天、航空等高端市場。細(xì)粒度鈷基合金粉制備需采取惰氣霧化工藝，主要分為大氣霧化和真空霧化兩種。目前大氣霧化制備的粉末氧含量較高，為了降低氧含量往往在熔煉階段添加了大量的脫氧劑和造渣劑，這無疑又給合金粉末帶來較高的雜質(zhì)含量，導(dǎo)致霧化過程中粉末的球形度差，具體表現(xiàn)在合金粉末的松比和流動性不好，噴涂中上粉率低，涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度降低，而采用真空感應(yīng)熔煉惰氣霧化工藝制備的鈷基合金粉末純度高，合金成分容易控制，氧含量及雜質(zhì)含量低，是制備低氧含量細(xì)粒度鈷基合金粉末的主要制備工藝。與國外產(chǎn)品相比國產(chǎn)的鈷基合金粉主要存在以下不足和差距①合金成分控制不穩(wěn)定，細(xì)粉氧含量高，目前國內(nèi)研制的鈷基粉末-45 μ m的氧含量一般都在500ppm以上，氧含量明顯高于國外相同的粉末(國外氧含量230-400ppm)，造成噴涂涂層中的氧化物夾雜增多，涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度降低，限制了粉末的應(yīng)用范圍，航空發(fā)動機(jī)應(yīng)用的鈷基粉末長期依賴進(jìn)口。②國產(chǎn)鈷基合金粉末-45 μ m的粉末收得率低(<30% )。為提高我國鈷基粉末的生產(chǎn)技術(shù)水平，滿足航空發(fā)動機(jī)等工業(yè)對高性能粉末的需求，替代進(jìn)口，促進(jìn)熱噴涂耐高溫涂層的應(yīng)用，有必要開展國產(chǎn)鈷基合金粉末及涂層的研制工作，縮小與國外在該領(lǐng)域的差距
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法，解決了目前鈷基合金粉末的細(xì)粉氧含量高、松比和流動性不好、噴涂中上粉率低、涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度低等問題，提高了鈷基合金粉末產(chǎn)品的質(zhì)量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法，所述制備方法包括1)取目標(biāo)成分的金屬材料或含相應(yīng)鈷含量的合金材料；2)將所選原料放入坩堝中，通過真空感應(yīng)熔煉、惰性氣體霧化技術(shù)獲得鈷基合金粉末；3)進(jìn)行篩分或分級，制備出粉末粒度在1-45 μ m范圍內(nèi)的鈷基合金粉末。所述惰性氣體霧化的工藝參數(shù)為霧化氣體為氮?dú)饣驓鍤猓F化頂角< 霧化壓力>3MPa。所述鈷基合金粉末成分的質(zhì)量百分比為a)鉻10. 0-40. 0wt%,ll :l_12wt%，鎢:2-10wt%,5l :0. 20-1. 5wt%，鈷余量；或，b)鉻4 20wt%，鉬20 30wt%，硅2 8wt%，鈷余量。所述鈷基合金粉末的主體粒度為1-45 μ m。其典型成分為CoCrW合金粉末，1-45 μ m范圍內(nèi)一次成粉率彡55%，其中1_25 μ m 范圍粉末占15% -20%，25-45 μ m范圍粉末占-40%。所述鈷基合金粉末的氧含量< 0. 02wt%所述制備方法還包括利用所制得的鈷基合金粉末采用超音速噴涂工藝來制作鈷鉻鎢涂層，所制備的鈷鉻鎢涂層的工藝參數(shù)為煤油流量600 1000L/h ；氧氣流量15 30L/min ；送粉速度20 200g/min ；噴涂距離100 400mm。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述制備方法包括首先取目標(biāo)成分的金屬材料或含相應(yīng)鈷含量的合金材料；將所選原料放入真空熔煉坩堝中，通過真空感應(yīng)熔煉、惰性氣體霧化技術(shù)獲得鈷鉻鎢合金粉末；進(jìn)行篩分或分級，制備出粉末粒度在1-45 μ m 范圍內(nèi)的鈷基合金粉末。解決了目前鈷基合金粉末的細(xì)粉氧含量高、松比和流動性不好、噴涂中上粉率低、涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度低等問題，提高了鈷基合金粉末產(chǎn)品的質(zhì)量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所舉出的利用CoCrW合金粉末來制作鈷鉻鎢涂層的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明實(shí)施例所制備的細(xì)粒徑鈷基合金粉末包括鈷及其他合金元素，以典型的鈷鉻鎢合金粉末為例，該合金粉末化學(xué)式為CoCrNiW。舉例來說，其質(zhì)量比成份可以為鉻10. 0-40. Owt %,鎳l_12wt %，鎢 2-10wt%,5l :0. 20-0. 90wt%,fi ^ 0. 04wt%，鈷余量，具體如下表所示
元素鉻鎳鎢碳氧鈷成分范圍/Wt %10. 0-40. 01-122-100. 20-0. 90S= 0. 02余量其粒度為1-45μπι，其中，粒度指顆粒的大小，通常球體顆粒的粒度用直徑表示； 主體粒度指該粒度范圍粉末占總量的50wt%以上。其典型成分為CoCrW合金粉末，1-45 μ m范圍內(nèi)一次成粉率彡55%，其中1_25 μ m 范圍粉末占15% -20%，25-45 μ m范圍粉末占35% -40% ；且所述鈷基合金粉末的氧含量彡 0. 02wt%。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所述制備方法的流程示意圖，所述方法包括以下步驟步驟11 取目標(biāo)成分的金屬材料或含相應(yīng)鈷含量的合金材料。在該步驟中，典型的質(zhì)量百分比可以按如下比例來取鉻10. 0-40. 0wt%,ll l_12wt %，鎢2_10wt %，活性碳或碎電極或碳含量高的碳鉻鐵0. 20-0. 90wt%,li 余量；除了上述方式外，還可以按下述比例來選取鉻10.0-40. Owt%,If :l_12wt%，鎢:2-10wt%,5l :0. 20-0. 90t%，鈷余量的鈷
鎳鉻鎢合金。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，在選取金屬原材料時，所述金屬原材料的加料順序為先放入鈷和活性碳或碎電極或碳含量高的碳鉻鐵，再加入鎢、鎳和鉻，最后再加入剩余的鈷。步驟12 將所選原料放入坩堝中，通過真空感應(yīng)熔煉、惰性氣體霧化技術(shù)獲得鈷鉻鎢合金粉末。在該步驟中，上述惰性氣體霧化的具體過程包括首先，利用中頻感應(yīng)加熱原料，升溫至1400 1700°C，于真空下保溫6 25分鐘， 利用碳充分脫氧并加入適量鋁終脫氧后取樣分析，加入適量碎電極或高碳鉻鐵調(diào)整碳含量至0. 20-0. 90wt%，采用在真空下精煉并惰性氣體霧化的方式制備鈷鉻鎢合金粉末。其中霧化氣體為氮?dú)饣驓鍤猓F化錐角為45 75°，霧化壓力為1 2. 2MPa。采用這種方法制備的CoCrW合金粉末-45 μ m 一次收得率> 55%。步驟13 將所述合金粉末進(jìn)行篩分或分級，制備出粉末粒度在1-45 μ m范圍內(nèi)的鈷基合金粉末。
通過上述的制備過程所得到的CoCrW合金粉末，解決了目前CoCrW合金粉末的細(xì)粉氧含量高、松比和流動性不好、噴涂中上粉率低、涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度低等問題，提高了鈷鉻鎢CoCrW粉末產(chǎn)品的質(zhì)量。進(jìn)一步的，還可以采用上述制備過程所得到的CoCrW合金粉末來制作鈷鉻鎢涂層，具體是采用超音速噴涂工藝來進(jìn)行，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉出的利用CoCrW合金粉末來制作鈷鉻鎢涂層的工藝流程圖，圖2中首先在樣件表面預(yù)處理，具體為將試樣表面除油、噴砂處理。然后烘干上述所制備的鈷鉻鎢合金粉末后，利用超音速噴涂工藝將其沉積在樣件表面，從而制備得到鈷鉻鎢涂層；對制備后的鈷鉻鎢涂層再進(jìn)行處理，具體為對所述鈷鉻鎢涂層的熱處理；
最終得到鈷鉻鎢涂層制品。具體實(shí)現(xiàn)過程中，利用超音速噴涂工藝制備鈷鉻鎢涂層的工藝參數(shù)為煤油流量 600 1000L/h ；氧氣流量15 30L/min ；送粉速度20 200g/min ；噴涂距離100 400mm。通過上述方法制得的鈷鉻鎢涂層硬度HR15T ^ 81，結(jié)合強(qiáng)度> 50MPa，氧化物含量為0. 8-1. 5wt%，700°C抗熱震20次無開裂。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括1)取目標(biāo)成分的金屬材料或含相應(yīng)鈷含量的合金材料；2)將所選原料放入坩堝中，通過真空感應(yīng)熔煉、惰性氣體霧化技術(shù)獲得鈷基合金粉末；3)進(jìn)行篩分或分級，制備出粉末粒度在1-45μ m范圍內(nèi)的鈷基合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體霧化的工藝參數(shù)為 霧化氣體為氮?dú)饣驓鍤猓F化頂角< 28°，霧化壓力> 3MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鈷基合金粉末成分的質(zhì)量百分比為a)鉻10. 0-40. 0wt%,ll :l-12wt%，鎢:0. 20-1. 5wt%，鈷余量； 或，b)鉻4 20wt%，鉬20 30wt%，硅2 8wt%，鈷余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，所述鈷基合金粉末的主體粒度為 1-45 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈷基合金粉末，其特征在于，其典型成分為CoCrW合金粉末， 1-45 μ m范圍內(nèi)一次成粉率彡55%，其中1_25 μ m范圍粉末占15% -20%，25-45 μ m范圍粉末占-40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈷基合金粉末，其特征在于，所述鈷基合金粉末的氧含量彡 0. 02wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括利用所制得的鈷基合金粉末采用超音速噴涂工藝來制作鈷鉻鎢涂層，所制備的鈷鉻鎢涂層的工藝參數(shù)為煤油流量600 1000L/h ；氧氣流量15 30L/min ；送粉速度20 200g/min ；噴涂距離 100 400mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種細(xì)粒徑鈷基合金粉末的制備方法，所述制備方法包括首先取目標(biāo)成分的金屬材料或含相應(yīng)鈷含量的合金材料；將所選原料放入坩堝中，通過真空感應(yīng)熔煉、惰性氣體霧化技術(shù)獲得鈷基合金粉末；進(jìn)行篩分或分級，制備出粉末粒度在1-45μm范圍內(nèi)的鈷基合金粉末。解決了目前細(xì)粒徑鈷基合金粉末的細(xì)粉氧含量高、松比和流動性不好、噴涂中上粉率低、涂層的致密度和結(jié)合強(qiáng)度低等問題，提高了鈷基粉末產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號C23C4/08GK102423806SQ20111042110
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者于月光, 任先京, 張淑婷, 王輝, 石長江, 馬堯 申請人:北京礦冶研究總院