專利名稱：一種利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法，屬于表面工程中熱噴 涂涂層制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈮鈦鋁基合金的使用溫度達(dá)到900°C以上，同時(shí)具有良好的抗氧化性能，密度小、 晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易于控制顯微組織而改善性能的優(yōu)點(diǎn)，高鈮鈦鋁合金的應(yīng)用將開辟航空航 天、船艦、汽車等重要領(lǐng)域的新發(fā)展，使現(xiàn)有裝備得到突破性發(fā)展。鈮鈦鋁合金的缺點(diǎn)就是 脆性高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過爆炸噴涂制備涂層的方式，使涂層和基體能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解 決鈮鈦鋁合金的脆性問題，發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)異性能。一種利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法，該技術(shù)首先是按一定成分配好的 粉末進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，并對(duì)粉體進(jìn)行等離子球化處理，將制備好的球形粉用爆炸 噴涂工藝制備成涂層，并對(duì)涂層進(jìn)行熱處理，具體工藝如下1、鈮鈦鋁復(fù)合粉的制備按照占總體的原子百分比分別加入30at% 60at% 的Al粉(純度為99. 9 %，平均粒度為20 150ym)、lat% 粉(純度為 99.9%,平均粒度為20 100 μ m)、0. Iat % 5at %的B粉(純度為99. 999 %，平均粒度為 0. 7 μ m)、0. Iat % Cr 粉(純度為 99. 9%，平均粒度為 50 μ m)、0. Iat% 5at% 的Y粉(純度為99. 9%，平均粒度為50 μ m)、Ti粉余量(純度為99. 9%，平均粒度為50 200 μ m)。將混合粉放入球磨罐中，在高純氬氣或氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，球 料比為1 50 1，球磨時(shí)間為1 100小時(shí)，并對(duì)球磨后得到的復(fù)合粉末進(jìn)行等離子球 化，最終得到粒度在100 500目的鈮鈦鋁復(fù)合粉。2、基體的預(yù)處理待噴涂的基體用丙酮去油，并用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度在30 120°C，然后噴砂處理，最終得到基體的粗糙度在RaO. 1 20。3、涂層的制備將待噴涂的粉末60 100°C烘焙1 10小時(shí)，調(diào)節(jié)爆炸噴涂的工 藝參數(shù):02/C2H2流量比0. 1 10 (流量單位:m3/h)，N2流量為0. 1 10m3/h，噴涂距離為 100 200mm，送粉量為5 100g/min。先噴涂打底層(MCrAlY或Ni包Al)厚度為0. 1 10mm，再噴涂鈮鈦鋁層厚度為0. 1 10mm。4、熱處理將制備好的式樣放入熱處理爐中，600 1000°C保溫1 10h，升溫降
溫速度彡50 0C /h。爆炸噴涂是利用突發(fā)爆發(fā)的熱能加熱融化噴涂材料，并利用爆炸沖擊波產(chǎn)生的高 壓把熔粒高速噴射到金屬基體表面形成涂層，形成涂層結(jié)合強(qiáng)度高，空隙率低。本項(xiàng)目提出用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層，一方面爆炸噴涂過程中產(chǎn)生爆轟波 能得到4200°C，能夠使高熔點(diǎn)的粉體熔化，并且促進(jìn)元素的化合反應(yīng)進(jìn)行。另一方面爆炸噴涂能將熔融粉體加速到700 1500m/s，使得熔融顆粒撞擊基體能夠充分鋪展變形，從而能 夠得到高致密度的涂層。本發(fā)明提出了爆炸噴涂制備技術(shù)，與其它涂層制備技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于1、與等離子噴涂和超音速噴涂技術(shù)相比，爆炸噴涂的溫度低、速度高，即能減少金 屬粉末的氧化和低溫元素的燒損，又能得到其他噴涂方式無法比擬的高致密度涂層；2、爆炸由于間歇式的工作特性，該工藝對(duì)基體的溫度影響非常小，對(duì)精密零部件 和低熔點(diǎn)材料的表面噴涂特別實(shí)用。3、該技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，可以制備大尺寸、復(fù)雜零件表面涂層。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例1 大面積平板材料(500mm X 500mm，厚度10mm)表面涂層制備。1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成Ti-41A1_9.0 Nb-0. 3B-0. 2Cr-0. 2Y(at%，原子分?jǐn)?shù))成分的混合粉，在高純氬氣環(huán)境下高能球磨30h，球 料比為10 1，并對(duì)球磨后得到的復(fù)合粉末進(jìn)行等離子球化處理，最終得到粒度在140 325目的的鈮鈦鋁復(fù)合粉。2、待噴涂的基體用丙酮去油，并用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度在80°C，然后噴砂處理(噴 砂粒度為46#)，最終得到基體的粗糙度為Ra5士 ；3、稱取409. Ig粒度為140 325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80°C烘焙Ih ；4、稱取818. 2g制備好的球化鈮鈦鋁粉放入烘箱中80°C烘焙2h ；5、噴槍的工藝參數(shù)設(shè)定噴涂距離175mm，噴槍位移50mm/min，一道噴槍下移 10讓，02/C2H2 流量比1. 1 (O2 流量 1. lm3/h, C2H2 流量 1. 0m3/h)，O2 壓力0. 3MPa，C2H2 壓力 0. IMPa ； 6、噴涂烘焙好的MCrAlY粉體，送粉克數(shù)7 7. 5g/min,整體噴涂6遍，厚度 0. 15mm ；7、噴涂烘焙好的鈮鈦鋁粉體，送粉克數(shù)5 6g/min，整體噴涂14遍，厚度0. 35mm ；8、將制備好的平板，放入熱處理爐中930°C保溫2h，升溫降溫速度45°C /h。實(shí)施實(shí)例2 圓柱形狀材料(Φ 150 X 1000mm)的表面涂層制備。1、采用Ti粉、Al粉、Nb粉、B粉、Cr粉、Y粉按照一定的配比配制成 Ti-49Al-4Nb-0. 5B-lCr-0. 2Y(at%，原子分?jǐn)?shù))成分的混合粉，在高純氬氣環(huán)境下高能球 磨30h，球料比為10 1，并對(duì)球磨后得到的復(fù)合粉末進(jìn)行等離子球化處理，最終得到粒度 在140 325目的的鈮鈦鋁復(fù)合粉。2、待噴涂的基體用丙酮去油，并用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度在80°C，然后噴砂處理(噴 砂粒度為46#)，最終得到基體的粗糙度為Ra5士 ；3、稱取840g的140 325目的MCrAlY粉末，放入烘箱中80°C烘焙Ih ；4、稱取1680g制備好的球化鈮鈦鋁粉放入烘箱中80°C烘焙2h ；5、噴槍的工藝參數(shù)設(shè)定噴涂距離175mm，噴槍位移50mm/min，圓柱工件的轉(zhuǎn)速為 11 秒 / 轉(zhuǎn)，02/C2H2 流量比1. 1 (O2 流量 1. 0m3/h, C2H2 流量 1. 0m3/h)，O2 壓力0. 3MPa，C2H2 壓力0. IMPa ；6、噴涂烘焙好的MCrAlY粉體，送粉克數(shù)7 7. 5g/min,整體噴涂6遍，厚度0. 15mm ；7、噴涂烘焙好的鈮鈦鋁粉體，送粉克數(shù)5 6g/min，整體噴涂14遍，厚度0. 35mm ；8、將制備好的平板，放入熱處理爐中920°C保溫2h，升溫降溫速度45°C /h。
權(quán)利要求
一種利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法，其特征包括以下工藝步驟(1)鈮鈦鋁復(fù)合粉的制備原料粉體的原子百分比為Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量；將原料混合粉放入球磨罐中，在高純氬氣或氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，球料比為1～50∶1，球磨時(shí)間為1～100小時(shí)，并對(duì)球磨后得到的復(fù)合粉末進(jìn)行等離子球化處理，最終得到粒度在100～500目的鈮鈦鋁復(fù)合粉；(2)基體的預(yù)處理待噴涂的基體用丙酮去油，并用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度在30～120℃，然后噴砂處理，最終得到基體的粗糙度在Ra0.1～20；(3)涂層的制備將待噴涂的粉末60～100℃烘焙1～10小時(shí)，調(diào)節(jié)爆炸噴涂的工藝參數(shù)O2/C2H2流量比0.1～10、流量單位m3/h，N2流量為0.1～10m3/h，噴涂距離為100～300mm，送粉量為5～500g/min；先噴涂打底層厚度為0.1～10mm，再噴涂鈮鈦鋁層厚度為0.1～10mm；(4)熱處理將制備好的式樣放入熱處理爐中，600～1000℃保溫1～10h，升溫降溫速度≤50℃/h。
2.如權(quán)利要求1所述利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法，其特征在于所述Ti粉 質(zhì)量純度為99. 9 %，平均粒度為50 200 μ m ；A1粉質(zhì)量純度為99. 9 %，平均粒度為20 150 μ m ；Nb粉質(zhì)量純度為99. 9 %，平均粒度為20 100μ m ；B粉質(zhì)量純度為99. 999 %，平 均粒度為0. 7 μ m ；Cr粉質(zhì)量純度為99. 9%，平均粒度為50 μ m ;Y粉質(zhì)量純度為99. 9%，平 均粒度為50 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法，其特征在于涂層的打 底材料為MCrAlY或Ni包A1。
全文摘要
一種利用爆炸噴涂制備鈮鈦鋁合金涂層的方法，屬于表面工程中熱噴涂涂層制備領(lǐng)域。原料粉成分為Al粉30at％～60at％、Nb粉1at％～15at％、B粉0.1at％～5at％、Cr粉0.1at％～5at％、Y粉0.1at％～5at％、Ti粉余量。將混合粉放入球磨罐中，在高純氬氣或氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，球料比為1～50∶1，球磨時(shí)間為1～100小時(shí)，并對(duì)球磨后得到的復(fù)合粉末進(jìn)行等離子球化，最終得到粒度在100～500目的鈮鈦鋁復(fù)合粉；然后利用爆炸噴涂設(shè)備先噴涂一層MCrAlY的過渡層，然后再將制備好的鈮鈦鋁粉體噴涂上去；然后將制備好的工件進(jìn)行熱處理600～1000℃保溫1～10h，升溫降溫速度≤50℃/h；最終得到鈮鈦鋁耐高溫涂層。本方法制備的涂層的致密度高、氧化夾雜少、表面質(zhì)量好，并且設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，使生產(chǎn)成本大幅度降低。
文檔編號(hào)C23C4/02GK101928909SQ20101021436
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者林濤, 王文琴, 石永亮, 邵慧萍, 郭志猛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)