CN102423806A - 一种细粒径钴基合金粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种细粒径钴基合金粉末的制备方法，所述制备方法包括：首先取目标成分的金属材料或含相应钴含量的合金材料；将所选原料放入坩埚中，通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得钴基合金粉末；进行筛分或分级，制备出粉末粒度在1-45μm范围内的钴基合金粉末。解决了目前细粒径钴基合金粉末的细粉氧含量高、松比和流动性不好、喷涂中上粉率低、涂层的致密度和结合强度低等问题，提高了钴基粉末产品的质量。

Description

一种细粒径钴基合金粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及合金粉末技术领域，尤其涉及一种细粒径钴基合金粉末的制备方法。

背景技术

目前，随着航空航天、能源、石化等工业的迅速发展，要求材料能适应更高的环境温度。钴基合金是由钴和镍、铬、铁等合金元素组成的一种合金的总称，是一种常用的耐高温腐蚀的合金。航空航天技术中已大量使用钴基合金，钴基合金在1038℃以上时，其优越性远超镍基合金，可应用于高效率的发动机部件。而随着表面防护技术的飞速发展，用钴基合金粉末制备高温防护涂层的方法已受到普遍关注。

钴基合金粉中应用较多的有：(1)钴铬钼硅合金粉，涂层在高温强腐蚀介质下工作良好。可用于等离子喷涂、超音速喷涂等涂层制备工艺。(2)钴铬铝钇属钴基超高温合金，结合强度高，可做高温打底层材料。制备的涂层致密，抗氧化性能优异，耐腐蚀和气蚀。可用于超音速喷涂、爆炸喷涂或等离子喷涂。主要应用于冶金轧辊，高温退火炉辊等热加工设备表面的防结瘤涂层制造与修复，航空发动机转子叶片、导向叶片和燃气机叶片的耐热涂层以及喷气发动机燃烧室加力筒和火焰筒热障涂层的粘接过渡层。(3)钴铬钨合金粉末，其涂层有突出的耐气蚀、耐擦伤和抗剥落性能，且具有良好的抗冲击和耐震动性能及抗粘着磨损和磨粒磨损性，高温性能好，并耐氧化，是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金粉末，主要适用于擦伤、剥落和磨损的工作环境，用于高温下工作的心轴、锻造工具、热轧辊、涡轮机密封件和密封阀、内燃机排气阀及阀座等的喷焊或喷涂。

目前我国低氧含量、细粒度的钴基合金粉末主要依赖进口，且主要应用在航天、航空等高端市场。细粒度钴基合金粉制备需采取惰气雾化工艺，主要分为大气雾化和真空雾化两种。目前大气雾化制备的粉末氧含量较高，为了降低氧含量往往在熔炼阶段添加了大量的脱氧剂和造渣剂，这无疑又给合金粉末带来较高的杂质含量，导致雾化过程中粉末的球形度差，具体表现在合金粉末的松比和流动性不好，喷涂中上粉率低，涂层的致密度和结合强度降低，而采用真空感应熔炼惰气雾化工艺制备的钴基合金粉末纯度高，合金成分容易控制，氧含量及杂质含量低，是制备低氧含量细粒度钴基合金粉末的主要制备工艺。

与国外产品相比国产的钴基合金粉主要存在以下不足和差距：①合金成分控制不稳定，细粉氧含量高，目前国内研制的钴基粉末-45μm的氧含量一般都在500ppm以上，氧含量明显高于国外相同的粉末(国外氧含量230-400ppm)，造成喷涂涂层中的氧化物夹杂增多，涂层的致密度和结合强度降低，限制了粉末的应用范围，航空发动机应用的钴基粉末长期依赖进口。②国产钴基合金粉末-45μm的粉末收得率低(＜30％)。为提高我国钴基粉末的生产技术水平，满足航空发动机等工业对高性能粉末的需求，替代进口，促进热喷涂耐高温涂层的应用，有必要开展国产钴基合金粉末及涂层的研制工作，缩小与国外在该领域的差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种细粒径钴基合金粉末的制备方法，解决了目前钴基合金粉末的细粉氧含量高、松比和流动性不好、喷涂中上粉率低、涂层的致密度和结合强度低等问题，提高了钴基合金粉末产品的质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种细粒径钴基合金粉末的制备方法，所述制备方法包括：

1)取目标成分的金属材料或含相应钴含量的合金材料；

2)将所选原料放入坩埚中，通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得钴基合金粉末；

3)进行筛分或分级，制备出粉末粒度在1-45μm范围内的钴基合金粉末。

所述惰性气体雾化的工艺参数为：

雾化气体为氮气或氩气，雾化顶角＜28°雾化压力＞3MPa。

所述钴基合金粉末成分的质量百分比为：

a)铬：10.0-40.0wt％，镍：1-12wt％，钨：2-10wt％，碳：0.20-1.5wt％，钴：余量；

或，b)铬：4～20wt％，钼：20～30wt％，硅：2～8wt％，钴：余量。

所述钴基合金粉末的主体粒度为1-45μm。

其典型成分为CoCrW合金粉末，1-45μm范围内一次成粉率≥55％，其中1-25μm范围粉末占15％-20％，25-45μm范围粉末占35％-40％。

所述钴基合金粉末的氧含量≤0.02wt％

所述制备方法还包括：

利用所制得的钴基合金粉末采用超音速喷涂工艺来制作钴铬钨涂层，所制备的钴铬钨涂层的工艺参数为：

煤油流量600～1000L/h；氧气流量15～30L/min；送粉速度20～200g/min；喷涂距离100～400mm。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述制备方法包括：首先取目标成分的金属材料或含相应钴含量的合金材料；将所选原料放入真空熔炼坩埚中，通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得钴铬钨合金粉末；进行筛分或分级，制备出粉末粒度在1-45μm范围内的钴基合金粉末。解决了目前钴基合金粉末的细粉氧含量高、松比和流动性不好、喷涂中上粉率低、涂层的致密度和结合强度低等问题，提高了钴基合金粉末产品的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的细粒径钴基合金粉末的制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例所举出的利用CoCrW合金粉末来制作钴铬钨涂层的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例所制备的细粒径钴基合金粉末包括钴及其他合金元素，以典型的钴铬钨合金粉末为例，该合金粉末化学式为：CoCrNiW。

举例来说，其质量比成份可以为：铬：10.0-40.0wt％，镍：1-12wt％，钨：2-10wt％，碳：0.20-0.90wt％，氧：≤0.04wt％，钴：余量，具体如下表所示：

元素

铬

镍

钨

碳

氧

钴

成分范围/wt％

10.0-40.0

1-12

2-10

0.20-0.90

≤0.02

余量

其粒度为：1-45μm，其中，粒度指颗粒的大小，通常球体颗粒的粒度用直径表示；主体粒度指该粒度范围粉末占总量的50wt％以上。

其典型成分为CoCrW合金粉末，1-45μm范围内一次成粉率≥55％，其中1-25μm范围粉末占15％-20％，25-45μm范围粉末占35％-40％；且所述钴基合金粉末的氧含量≤0.02wt％。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所述制备方法的流程示意图，所述方法包括以下步骤：

步骤11：取目标成分的金属材料或含相应钴含量的合金材料。

在该步骤中，典型的质量百分比可以按如下比例来取：

铬：10.0-40.0wt％，镍：1-12wt％，钨：2-10wt％，活性碳或碎电极或碳含量高的碳铬铁：0.20-0.90wt％，钴：余量；

除了上述方式外，还可以按下述比例来选取：

铬：10.0-40.0wt％，镍：1-12wt％，钨：2-10wt％，碳：0.20-0.90t％，钴：余量的钴镍铬钨合金。

在具体实现过程中，在选取金属原材料时，所述金属原材料的加料顺序为：

先放入钴和活性碳或碎电极或碳含量高的碳铬铁，再加入钨、镍和铬，最后再加入剩余的钴。

步骤12：将所选原料放入坩埚中，通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得钴铬钨合金粉末。

在该步骤中，上述惰性气体雾化的具体过程包括：

首先，利用中频感应加热原料，升温至1400～1700℃，于真空下保温6～25分钟，利用碳充分脱氧并加入适量铝终脱氧后取样分析，加入适量碎电极或高碳铬铁调整碳含量至0.20-0.90wt％，采用在真空下精炼并惰性气体雾化的方式制备钴铬钨合金粉末。

其中雾化气体为氮气或氩气，雾化锥角为45～75°，雾化压力为1～2.2MPa。采用这种方法制备的CoCrW合金粉末-45μm一次收得率≥55％。

步骤13：将所述合金粉末进行筛分或分级，制备出粉末粒度在1-45μm范围内的钴基合金粉末。

通过上述的制备过程所得到的CoCrW合金粉末，解决了目前CoCrW合金粉末的细粉氧含量高、松比和流动性不好、喷涂中上粉率低、涂层的致密度和结合强度低等问题，提高了钴铬钨CoCrW粉末产品的质量。

进一步的，还可以采用上述制备过程所得到的CoCrW合金粉末来制作钴铬钨涂层，具体是采用超音速喷涂工艺来进行，如图2所示为本发明实施例所举出的利用CoCrW合金粉末来制作钴铬钨涂层的工艺流程图，图2中：

首先在样件表面预处理，具体为：将试样表面除油、喷砂处理。

然后烘干上述所制备的钴铬钨合金粉末后，利用超音速喷涂工艺将其沉积在样件表面，从而制备得到钴铬钨涂层；

对制备后的钴铬钨涂层再进行处理，具体为：对所述钴铬钨涂层的热处理；

最终得到钴铬钨涂层制品。

具体实现过程中，利用超音速喷涂工艺制备钴铬钨涂层的工艺参数为：煤油流量600～1000L/h；氧气流量15～30L/min；送粉速度20～200g/min；喷涂距离100～400mm。

通过上述方法制得的钴铬钨涂层硬度HR15T≥81，结合强度≥50MPa，氧化物含量为0.8-1.5wt％，700℃抗热震20次无开裂。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种细粒径钴基合金粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1)取目标成分的金属材料或含相应钴含量的合金材料；

2)将所选原料放入坩埚中，通过真空感应熔炼、惰性气体雾化技术获得钴基合金粉末；

3)进行筛分或分级，制备出粉末粒度在1-45μm范围内的钴基合金粉末。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体雾化的工艺参数为：

雾化气体为氮气或氩气，雾化顶角＜28°，雾化压力＞3MPa。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴基合金粉末成分的质量百分比为：

a)铬：10.0-40.0wt％，镍：1-12wt％，钨：2-10wt％，碳：0.20-1.5wt％，钴：余量；

或，b)铬：4～20wt％，钼：20～30wt％，硅：2～8wt％，钴：余量。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述钴基合金粉末的主体粒度为1-45μm。

5.根据权利要求4所述的钴基合金粉末，其特征在于，其典型成分为CoCrW合金粉末，1-45μm范围内一次成粉率≥55％，其中1-25μm范围粉末占15％-20％，25-45μm范围粉末占35％-40％。

6.根据权利要求4所述的钴基合金粉末，其特征在于，所述钴基合金粉末的氧含量≤0.02wt％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

利用所制得的钴基合金粉末采用超音速喷涂工艺来制作钴铬钨涂层，所制备的钴铬钨涂层的工艺参数为：

煤油流量600～1000L/h；氧气流量15～30L/min；送粉速度20～200g/min；喷涂距离100～400mm。

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