專利名稱：熱噴涂涂層和熱噴涂粉末的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種由金屬陶瓷制成的熱噴涂涂層、和一種用于得到該熱噴涂涂層的熱噴涂粉末。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可知，為防止熔融金屬造成的破壞，可在壓鑄模具型腔的表面以及熱浸鍍槽中滾筒的表面形成由金屬陶瓷制成的熱噴涂涂層。日本特開平2004-300555號(hào)專利公報(bào)公開了一種用于該用途的熱噴涂材料。
對(duì)于在金屬底材的表面上形成金屬陶瓷熱噴涂涂層的情況，所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)小于所述底材的熱膨脹系數(shù)。因此，所述熱噴涂涂層可能剝落或開裂。結(jié)果，就有可能不能有效地防止所述底材遭受破壞。
日本特開平2004-277828號(hào)專利公報(bào)公開了一種位于熱噴涂涂層和底材之間的中間層，其熱膨脹系數(shù)介于所述熱噴涂涂層和底材的熱膨脹系數(shù)之間，以防止所述熱噴涂涂層剝落和開裂。然而，這樣可能會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)問題，即由于增加了形成中間層的步驟，使得成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在熱噴涂涂層和底材之間不設(shè)中間層的情況下，可以防止由于所述熱噴涂涂層和底材的熱膨脹系數(shù)不同而引起的所述熱噴涂涂層的剝落和開裂。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種在底材表面上的金屬陶瓷熱噴涂涂層，其中，將所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)除以所述熱噴涂涂層的厚度(單位μm)得到的值，再除以所述底材的熱膨脹系數(shù)，所得到的值不小于0.15×10-2。
本發(fā)明的另一方面還提供了一種用于得到上述熱噴涂涂層的熱噴涂粉末，包括含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷、或含有碳、鎢、以及鈷的金屬陶瓷。


圖1為橫截面圖，表示按照本發(fā)明一實(shí)施方式的形成于基體表面的熱噴涂涂層；和圖2為橫截面圖，表示按照本發(fā)明另一實(shí)施方式的形成于基體上的熱噴涂涂層。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。
如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施方式的熱噴涂涂層11形成于基體12的表面上，所述基體為底材。該熱噴涂涂層11與基體12的表面相接觸。
熱噴涂涂層11包括金屬陶瓷，如含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷，或者如含有碳、鎢、以及鈷的金屬陶瓷。優(yōu)選地，熱噴涂涂層11包括含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷，以得到對(duì)熔融金屬引起的破壞具有高抗性的熱噴涂涂層11。
雖然對(duì)基體12的材料沒有特別的限制，但通常為金屬，并且基體12的熱膨脹系數(shù)大于熱噴涂涂層11的熱膨脹系數(shù)。
為了防止由于熱噴涂涂層11和基體12的熱膨脹系數(shù)不同引起的熱噴涂涂層11的剝落和開裂，將所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)(α1)除以所述熱噴涂涂層的厚度(t)(單位μm)得到的值、再除以基體12的熱膨脹系數(shù)(α2)所得到的值Cd必須不低于0.15×10-2。即，必須滿足公式Cd＝α1/t/α2≥0.15×10-2。這里，如果Cd值小于0.2×10-2，更具體地小于0.25×10-2，即使所述Cd值不小于0.15×10-2，也不足以防止熱噴涂涂層11的剝落和開裂。因此，優(yōu)選地，Cd值不小于0.2×10-2，進(jìn)一步優(yōu)選不小于0.25×10-2，以有效防止熱噴涂涂層11剝落和開裂。
從上式可見，熱噴涂涂層11的厚度(t)越小，Cd值越大。因此，優(yōu)選地，熱噴涂涂層11的厚度應(yīng)盡可能小，以防止熱噴涂涂層11剝落和開裂。然而，當(dāng)熱噴涂涂層11的厚度變得越小，熱噴涂涂層11中存在通孔的可能性就變得越大。當(dāng)熱噴涂涂層11上存在通孔，熔融金屬就通過該通孔到達(dá)基體12，因而不能在暴露于熔融金屬時(shí)防止熔融金屬對(duì)基體12的破壞。為了減少熱噴涂涂層11中通孔數(shù)量，最好能滿足公式t-23e0.3P≥0(其中，0＜P≤10)，其中，P為熱噴涂涂層11的孔隙率(單位％)，t為熱噴涂涂層11的厚度(單位μm)。此外，優(yōu)選地，熱噴涂涂層11的所述孔隙率不大于7％，并且更佳地，不大于4％。換言之，假定已滿足公式t-23e0.3P≥0的情況下，優(yōu)選地，熱噴涂涂層11的所述孔隙率不大于10％，更佳地，不大于7％，并且最好不大于4％。
通過將金屬陶瓷粉末噴涂于基體12的表面上，形成熱噴涂涂層11。具體地，通過噴涂例如MoB/CoCr金屬陶瓷粉末，得到由含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷粉末制成的熱噴涂涂層11，所述MoB/CoCr金屬陶瓷粉末為硼化鉬和鈷鉻合金的復(fù)合物。還有，通過噴涂例如WC/Co金屬陶瓷粉末，得到由含有碳、鎢、以及鈷的金屬陶瓷粉末制成的熱噴涂涂層11，所述WC/Co金屬陶瓷粉末為碳化鎢和鈷的復(fù)合物。
所述MoB/CoCr金屬陶瓷粉末是通過以下方式得到的例如，將硼化鉬粉末和鈷鉻合金粉末的混合物制成粒狀粉末，燒結(jié)并破碎該粒狀粉末，使之成為更小的粒子，進(jìn)而對(duì)該粒狀粉末進(jìn)行分級(jí)。得到所述MoB/CoCr金屬陶瓷粉末的另一方式是，將硼化鉬粉末和鈷鉻合金粉末的混合物壓制和成型，再進(jìn)行燒結(jié)，然后將得到的燒結(jié)物粉碎和分級(jí)。所述WC/Co金屬陶瓷粉末通過以下方式獲得例如，用碳化鎢粉末和鈷粉末的混合物制成粒狀粉末，對(duì)該粒狀粉末進(jìn)行燒結(jié)并破碎成更小的微粒，然后，分級(jí)該粒狀粉末。得到所述WC/Co金屬陶瓷粉末的另一方式是將碳化鎢粉末和鈷粉末的混合物壓制和成型，再進(jìn)行燒結(jié)，然后將所得到的燒結(jié)物粉碎和分級(jí)。這里，所述兩種金屬陶瓷粉末最好均按照制粒-燒結(jié)法進(jìn)行生產(chǎn)，在該方法中，由原料粉末制得粒狀粉末，并對(duì)該粒狀粉末進(jìn)行燒結(jié)。這是因?yàn)?，同按照如燒結(jié)-粉碎法之類的其它制造方法所制造的金屬陶瓷粉末相比，按照制粒-燒結(jié)法制造的金屬陶瓷粉末通常具有優(yōu)越的流動(dòng)性，在所述燒結(jié)-破碎法中，原料粉末被壓制和成型，然后進(jìn)行燒結(jié)，并且進(jìn)行所得燒結(jié)物的粉碎步驟。此外，對(duì)于所述制粒-燒結(jié)法，在所述制造過程中不包括粉碎步驟，因此，不會(huì)有在粉碎步驟混入的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述金屬陶瓷粉末的平均粒徑為5μm至50μm。如果所述金屬陶瓷粉末的平均粒徑小于5μm，就經(jīng)常會(huì)觀察到所謂噴濺現(xiàn)象，在噴涂時(shí)熔融的金屬陶瓷粉末粘附于噴涂機(jī)噴嘴的頂端。同時(shí)，如果所述金屬陶瓷粉末的平均粒徑大于50μm，則熱噴涂涂層11的所述孔隙率趨高，并且熱噴涂涂層11中存有通孔的可能性較高。所述金屬陶瓷粉末的孔隙率使用諸如由HoribaLtd.制造的激光衍射/散射式粒徑測(cè)量?jī)x“LA-300”進(jìn)行測(cè)量。
形成熱噴涂涂層11的金屬陶瓷粉末噴涂法可以是等離子噴涂、火焰噴涂和高速火焰噴涂(高速氧氣燃料噴涂HVOF噴涂)中的任何一種，或者可以是其它噴涂方法。這里，為了得到高密度的熱噴涂涂層11，最好使用高速火焰噴涂法。
本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)如下。
根據(jù)本實(shí)施方式，將所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)除以熱噴涂涂層11的厚度(單位μm)得到的值，再除以基體12的熱膨脹系數(shù)，所得到的Cd值設(shè)為不小于0.15×10-2，從而，可防止由熱噴涂涂層11和基體12的熱膨脹系數(shù)不同而引起的熱噴涂涂層11的剝落和開裂。因此，熱噴涂涂層11可有效防止暴露于熔融金屬時(shí)熔融金屬對(duì)基體12的破壞。
如果熱噴涂涂層11的所述孔隙率和厚度設(shè)定為滿足公式t-23e0.3P≥0(其中，0＜P≤10)，則熱噴涂涂層11中的通孔數(shù)量下降，并因此，熱噴涂涂層11可以更有效地防止熔融金屬對(duì)基體12的破壞。
本實(shí)施方式的熱噴涂涂層11是由金屬陶瓷而不是陶瓷制成的。同由陶瓷制成的熱噴涂涂層相比，由金屬陶瓷制成的熱噴涂涂層通常具有較高的韌性和抗熱沖擊性，并且所述熱噴涂涂層中的孔隙較少。為而言，對(duì)形成于基體12表面的熱噴涂涂層11防止熔融金屬對(duì)基體12的破壞而言，這些特性是有利的。
如果熱噴涂涂層11由含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷制成，熱噴涂涂層11對(duì)由熔融金屬引起的破壞的抵御能力提高。因此，由含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷制成的熱噴涂涂層11特別適用于該熱噴涂涂層11暴露于熔融金屬的場(chǎng)合。
上述實(shí)施方式可作如下改進(jìn)。
熱噴涂涂層11可設(shè)于基體12表面，其表面的質(zhì)量已經(jīng)通過氮化處理或碳化處理得以改善。在這種情況下，將Cd值設(shè)定為不小于0.15×10-2的值，優(yōu)選地，不小于0.2×10-2，更佳地不小于0.25×10-2；Cd值是通過以下方式得到的，即將熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)(α1)除以熱噴涂涂層的厚度(t)(單位μm)、再除以底材12的熱膨脹系數(shù)(α2)。
如圖2示出，在熱噴涂涂層11和底材12之間可設(shè)有作為底涂層中間層13。在這種情況下，將Cd值設(shè)定為不小于0.15×10-2的值，優(yōu)選地，不小于0.2×10-2，更佳地，不小于0.25×10-2；Cd值是通過以下方式得到的，即將熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)(α1)除以熱噴涂涂層的厚度(t)(單位μm)、再除以中間層13的熱膨脹系數(shù)(α2)。優(yōu)選地，中間層13的熱膨脹系數(shù)處于熱噴涂涂層11和基體12的熱膨脹系數(shù)之間。雖然中間層13的厚度沒有特別限定，所述厚度最好為20μm至800μm。中間層13可以是通過噴涂金屬陶瓷、金屬、或金屬陶瓷和金屬的混合物形成的熱噴涂涂層，或者可以是如鍍層之類的非熱噴涂涂層。
接下去，通過引用實(shí)施例和對(duì)照例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
在實(shí)施例1-7和10-14以及對(duì)照例1和4中，通過噴涂MoB/CoCr金屬陶瓷粉末，在基體的表面形成熱噴涂涂層。這里，至于噴涂條件，實(shí)施例1-3、10和12以及比較例1采用表1所示的噴涂條件A；實(shí)施例4-7和14采用表1所示的噴涂條件B；還有實(shí)施例11和13以及對(duì)照例4采用表1所示的噴涂條件C。
在實(shí)施例8和9中，采用表1所示的噴涂條件A，通過噴涂MoB/CoCr 金屬陶瓷粉末，在設(shè)于基體上的中間層的表面形成熱噴涂涂層。這里，所述中間層為采用表1所示的噴涂條件C而形成的熱噴涂涂層。
在實(shí)施例15和16、以及對(duì)照例2、3、5和6中，采用表1所示的噴涂條件A，通過噴涂WC/Co金屬陶瓷粉末，在基體表面形成熱噴涂涂層。
在對(duì)照例7中，采用表1所示的噴涂條件D，通過噴涂氧化鋁(Al2O3)粉末，在基體的表面形成熱噴涂涂層。
在對(duì)照例8中，采用表1所示的噴涂條件D，通過噴涂由92％(摩爾)的氧化鋯和8％(摩爾)的氧化釔制成的部分穩(wěn)定氧化鋯粉末，在基體的表面形成熱噴涂涂層。
表2詳細(xì)示出了實(shí)施例1-16和對(duì)照例1-8中的熱噴涂涂層、基體和中間層。
表2中的“熱噴涂涂層厚度”欄示出了各實(shí)例中的熱噴涂涂層厚度的測(cè)量結(jié)果。
表2中的“熱噴涂涂層熱膨脹系數(shù)”欄示出了各實(shí)例中熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量方法如下。即，各實(shí)例中，厚度為500μm熱噴涂涂層形成于由SS400鋼板制成的基體(70mm×50mm×2.3mm)的表面，所述鋼板預(yù)先經(jīng)過氧化鋁粗砂#40的表面粗化處理以及除油處理，然后在100℃至750℃的溫度范圍內(nèi)測(cè)量所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)。具體地，將從所述基體剝落的20mm×3mm大小的熱噴涂涂層片用于熱膨脹系數(shù)的測(cè)量，在氬氣氛中，在以20K/min的加熱速率將所述涂層片從室溫加熱至1000℃的時(shí)候，用Rigaku Corporation制造的“TMA8310”測(cè)量所述熱膨脹系數(shù)。
表2中“熱噴涂涂層孔隙率”欄示出了各實(shí)例中熱噴涂涂層的孔隙率的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量方法如下。即，沿與所述熱噴涂涂層的上表面相垂直的平面裁剪各實(shí)例中的熱噴涂涂層，并且將斷面拋光成鏡面，然后，用由N Support Corp制造的圖像分析處理單元“NSFJ1-A”測(cè)量該斷面上的熱噴涂涂層的孔隙率。
表2中的“基體材料”欄示出了各實(shí)例的所述基體的材料。在該欄中，“SUS316L”和“SUS410”分別是一種不銹鋼，而“SKD61”是一種合金工具鋼。
表2中的“基體熱膨脹系數(shù)”欄示出了用“TMA8310”測(cè)得的各實(shí)例中的基體的熱膨脹系數(shù)。
表2中的“中間層材料”欄示出了各實(shí)例中的中間層材料。在該欄中，“鎢鉻鈷合金#6”是一種主要成分為鈷的合金，“SUS440C”是一種不銹鋼。
表2中的“中間層熱膨脹系數(shù)”欄示出了用“TMA8310”測(cè)得的各實(shí)例中中間層的熱膨脹系數(shù)。
表2中的“Cd值”欄示出了各實(shí)例中的Cd值，通過將所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)除以所述熱噴涂涂層的厚度(單位μm)得到的值、再除以所述底材(基體或中間層)的熱膨脹系數(shù)，得到所述Cd值。
表2中的“K值”欄示出了各實(shí)例中的K值，它由公式K＝t-23e0.3P表示，其中，P為熱噴涂涂層的孔隙率(單位％)，t為熱噴涂涂層的厚度(單位μm)。
表2中的“抗開裂性”欄和“抗剝落性”欄示出了對(duì)各實(shí)例中的熱噴涂涂層的抗開裂性和抗剝落性的評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)方法如下。即，將熱噴涂涂層設(shè)于直徑19mm、高度200mm的圓棒狀基體上，其中實(shí)施例1-7和10-16以及對(duì)照例1-8中無中間層，而實(shí)施例8和9中設(shè)置有中間層，由此制得試樣。在空氣中，將所述試樣加熱到的750℃，并維持2小時(shí)。然后，使所述試樣自然冷卻至室溫，然后進(jìn)行裁剪，并且將斷面在用樹脂填充后拋光成鏡面。接著，用放大倍數(shù)為200的光學(xué)顯微鏡觀察這些斷面，然后根據(jù)所述觀察結(jié)果，評(píng)價(jià)各實(shí)例中的熱噴涂涂層的所述抗開裂性和抗剝落性。具體地，對(duì)于所述抗開裂性，如果在所述斷面上有穿透所述熱噴涂涂層的穿透裂紋，評(píng)價(jià)為差(x)，如果沒有穿透裂紋，但沒有穿透所述熱噴涂涂層的非穿透裂紋數(shù)不少于2，為合格(△)，如果沒有穿透裂紋，但有一條非穿透裂紋，為良(○)，如果沒有裂紋則為優(yōu)(○○)。對(duì)于所述抗剝落性，如果在所述斷面上的所述熱噴涂涂層與所述底材之間的界面中有缺口，或者有所述熱噴涂涂層的脫皮，評(píng)價(jià)為差(x)，如果所述熱噴涂涂層沒有脫皮，并且在所述斷面上的熱噴涂涂層與底材之間的界面中沒有缺口，則為良(○)。
表2中的“通孔”欄示出了對(duì)存在于各實(shí)例的熱噴涂涂層中的通孔度的鹽霧試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果。即，各實(shí)例中，將所述熱噴涂涂層設(shè)于由SS400鋼板制成的、不設(shè)中間層的基體(70mm×50mm×2.3mm)的表面，所述鋼板上已作過氧化鋁粗砂#40的表面粗化處理以及除油處理，由此制得試樣，然后按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)z2371(JIS Z2371)對(duì)這些試樣作鹽霧試驗(yàn)。所述鹽霧試驗(yàn)以下述條件進(jìn)行試驗(yàn)箱(噴霧室)內(nèi)的溫度為35±1℃、空氣飽和容器的溫度為47±1℃，噴霧量為1ml/hr至2ml/hr、且噴霧壓力為0.098±0.002Mpa。然后，根據(jù)所述鹽霧試驗(yàn)后發(fā)生的生銹狀況，評(píng)價(jià)各實(shí)例中所述熱噴涂涂層中的通孔度。具體地，如果在所述鹽霧試驗(yàn)后的24小時(shí)內(nèi)觀察到生銹，評(píng)價(jià)為差(x)，如果在鹽霧試驗(yàn)后24小時(shí)內(nèi)未觀察到生銹，但在所述鹽霧試驗(yàn)后48小時(shí)內(nèi)觀察到生銹，為合格(△)，如果在鹽霧試驗(yàn)后48小時(shí)內(nèi)未觀察到生銹，但在所述鹽霧試驗(yàn)后72小時(shí)內(nèi)觀察到生銹，為良(○)，如果在所述鹽霧試驗(yàn)后72小時(shí)內(nèi)未觀察到生銹，則為優(yōu)(○○)。
表1


表2


表2(續(xù)表)

如表2所示，實(shí)施例1-16中，就抗開裂性和抗剝落性而言，都得到了滿足實(shí)用要求的結(jié)果，而對(duì)照例1-8中，在抗開裂性和抗剝落性中，至少就抗剝落性而言，沒有得到滿足實(shí)用要求的結(jié)果。此外，在全部實(shí)施例1-16中，關(guān)于通孔的評(píng)價(jià)均不低于“合格”。
權(quán)利要求
1.一種在底材表面上的金屬陶瓷熱噴涂涂層，其特征在于，將所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)除以所述熱噴涂涂層的厚度(單位μm)得到的值，再除以所述底材的熱膨脹系數(shù)，所得到的值不小于0.15×10-2。
2.如權(quán)利要求1所述的熱噴涂涂層，其特征在于滿足公式t-23e0.3P≥0(其中，0＜P≤10)，其中P為所述熱噴涂涂層的孔隙率(單位％)，t為所述熱噴涂涂層的厚度(單位μm)。
3.如權(quán)利要求2所述的熱噴涂涂層，其特征在于，所述熱噴涂涂層的孔隙率不高于4％。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的熱噴涂涂層，其特征在于，所述底材為設(shè)于基體上的底涂層。
5.如權(quán)利要求4所述的熱噴涂涂層，其特征在于，所述底涂層的熱膨脹系數(shù)介于所述熱噴涂涂層和所述基體的熱膨脹系數(shù)之間。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述熱噴涂涂層，其特征在于，所述底材為金屬基體。
7.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的熱噴涂涂層，其特征在于，所述熱噴涂涂層通過高速火焰噴涂形成。
8.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的熱噴涂涂層，其特征在于，所述金屬陶瓷含有硼、鉬、鉻、以及鈷。
9.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的熱噴涂涂層，其特征在于，所述金屬陶瓷含有碳、鎢、以及鈷。
10.一種用于得到如權(quán)利要求8所述的熱噴涂涂層的熱噴涂粉末，其特征在于，所述熱噴涂粉末包括含有硼、鉬、鉻、以及鈷的金屬陶瓷。
11.如權(quán)利要求10所述的熱噴涂粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷是硼化鉬和鈷鉻合金的復(fù)合物。
12.如權(quán)利要求11所述的熱噴涂粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷是按照制粒-燒結(jié)法制造的。
13.如權(quán)利要求11所述的熱噴涂粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷的平均粒徑為5μm至50μm。
14.一種用于得到如權(quán)利要求9所述的熱噴涂涂層的熱噴涂粉末，其特征在于，所述熱噴涂粉末包括含有碳、鎢、以及鈷的金屬陶瓷。
15.如權(quán)利要求14所述的熱噴涂粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷是碳化鎢和鈷的復(fù)合物。
16.如權(quán)利要求15所述的熱噴涂粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷按照制粒-燒結(jié)法制造。
17.如權(quán)利要求15所述的熱噴涂粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷的所述平均粒徑為5μm至50μm。
全文摘要
一種設(shè)于基體表面上的金屬陶瓷熱噴涂涂層。將所述熱噴涂涂層的熱膨脹系數(shù)除以所述熱噴涂涂層的厚度(單位μm)得到的值，再除以所述基體的熱膨脹系數(shù)，所得到的值不小于0.15×10
文檔編號(hào)C23C4/10GK101016611SQ20071000513
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者水野宏昭, 北村順也 申請(qǐng)人:福吉米株式會(huì)社