專利名稱：一種鎳-鋁基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在碳素鋼的表面采用原位熱爆合成致密的鎳-鋁(Ni-Al)基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
鎳-鋁(Ni-Al)金屬間化合物的高溫綜合性能優(yōu)良，尤其抗高溫氧化和熱腐蝕性能優(yōu)異，因此Ni-Al金屬間化合物實(shí)際上是一種應(yīng)用價(jià)值很高的高溫防護(hù)涂層材料。在高溫環(huán)境下，Ni-Al金屬間化合物在表面極易形成一層連續(xù)、穩(wěn)定、致密的氧化鋁保護(hù)膜，極大地提高了材料的抗氧化腐蝕性能。將Ni-Al系金屬間化合物用作表面涂層材料，充分發(fā)揮金屬間化合物的性能優(yōu)勢(shì)，改善母材金屬表面的服役性能。目前國(guó)內(nèi)對(duì)金屬間化合物涂層的研究比較多，許多表面技術(shù)都可以用于制備Ni-Al系金屬間化合物涂層，如噴涂法、濺射法、合金化法、堆焊法、反應(yīng)鑄造表面改性技術(shù)等。這些技術(shù)的研究以及應(yīng)用，充分挖掘了母材的潛力，節(jié)約了社會(huì)資源，為社會(huì)的帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。專利號(hào)為201010520735. 9的中國(guó)專利公開(kāi)了采用高能微弧合金化技術(shù)制備Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系金屬間化合物涂層。參數(shù)為輸出功率為50 2000W，電壓為40 100V，頻率為彡2000Hz，制備時(shí)間彡30min/cm2。所述的涂層制備環(huán)境為非反應(yīng)性氣體保護(hù)，如氮?dú)?、氬氣等，溫度為室溫。制備的金屬間化合物涂層，不僅可以保留基體金屬的高溫力學(xué)性能，而且抗高溫氧化性能大大提高。專利號(hào)為200710017976. X的中國(guó)專利將Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al組中的某種體系的金屬粉末按照金屬間化合物的成分進(jìn)行配比，在惰性氣氛保護(hù)、低溫或真空下通過(guò)機(jī)械合金化獲得合金粉末作為噴涂材料，通過(guò)冷噴在基體上制備合金涂層，最后進(jìn)行熱處理，溫度為300° C 1200° C之間，涂層中合金元素?cái)U(kuò)散形成金屬間化合物涂層。中國(guó)石油大學(xué)韓彬等，以鎳包鋁粉末為原料，利用大功率激光器在高鉻鑄鋼表面合成NiAl金屬間化合物涂層。(韓彬，王勇。稀有金屬材料與工程[J], 2011, 40(6)，347 350) ·另外在普通碳鋼基體上制備金屬間化合物涂層的技術(shù)還有等離子堆焊技術(shù)，它是以等離子弧為熱源，以一定成分的合金粉末作為填充金屬的特種粉末噴焊工藝，具有施工效率高，噴焊材料范圍廣，成本低等優(yōu)點(diǎn)。綜合以上各種在碳鋼表面制備金屬間化合物涂層的各種工藝方法，總體上可以分為兩種制備方式。(I)置粉末法一是先將合成金屬間化合物涂層的混合粉末預(yù)置涂敷在基體材料表面，然后再利用等離子或激光高溫?zé)嵩词够旌戏勰┤鄹苍诨w上。( 2)預(yù)同步送粉法一在等離子或者激光熔覆設(shè)備上開(kāi)發(fā)同步送粉機(jī)構(gòu)。但上述制備金屬間化合物涂層的方法中，均存在著混合粉末損失量大、涂層厚度不均勻、涂層的空洞過(guò)多而不致密等種種缺陷
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密無(wú)孔洞、結(jié)合強(qiáng)度高、粉末損失量小的鎳-鋁(Ni-Al)基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法。本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的一種鎳-鋁基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法，其特征是包括以下實(shí)施步驟⑴配料按照摩爾百分比Ni粉為50% 75%，Al粉為25% 50%配料，通過(guò)無(wú)水乙醇均勻混合；其中Ni粉顆粒大小為100 250目，純度95% 99. 5% ；A1粉顆粒大小為100 250目，純度95% 99. 5% ；(2)碳素鋼表面預(yù)處理 為了使原位合成的涂層的粉末與碳素鋼結(jié)合面積更大，對(duì)碳素鋼表面進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械加工，使碳素鋼表面粗糙度為Ra50 RalOO，以便涂層與基體達(dá)到比較高的結(jié)合強(qiáng)度；(3)涂層的涂敷將步驟(I)中混合好的粉末均勻地涂敷在碳素鋼基體上，混合粉末的厚度為IOmm 20mm ；⑷加熱保溫將涂敷了混合粉末的碳素鋼放入電阻加熱爐中加熱，升溫速度為10°C /min，升溫到150°C 250°C保溫2 3小時(shí)；(5)引燃熱爆原位反應(yīng)再次加熱，使?fàn)t溫升溫至550°C 600°C，升溫速度為10°C/min，引爆反應(yīng)，反應(yīng)完畢后在150°C 200°C溫度下保溫I 2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)生成的涂層表面進(jìn)行打磨，得到表面光滑、結(jié)構(gòu)致密、厚度均勻的涂層。在鎳-鋁(Ni-Al)基金屬間化合物的制備過(guò)程中，由于不同配比的Ni粉、Al粉混合粉末在高溫?zé)嵩醇ぐl(fā)下發(fā)生一系列原位反應(yīng)。3Α1+Ν — NiAl3NiAl3+Ni — Ni2Al3Ni2Al3+Ni — 3Ν Α1NiAl+2Ni — Ni3Al在加熱爐內(nèi)，整個(gè)熱爆原位反應(yīng)后生成的金屬間化合物呈熔融液態(tài)，整個(gè)反應(yīng)的放熱溫度超過(guò)碳素鋼基體的熔點(diǎn)，因此生成的Ni-Al基金屬間化合物涂層能與碳素鋼基體呈冶金結(jié)合，得到較高的結(jié)合強(qiáng)度。對(duì)獲得的涂層進(jìn)行相關(guān)的形貌觀察、成分分析。結(jié)果表明，獲得的涂層的成分主要為Ni-Al基金屬間化合物涂層，涂層硬度均勻，硬度大約450HV。本發(fā)明制備的涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密無(wú)孔洞、與碳素鋼基體呈冶金結(jié)合，具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的涂層制備技術(shù)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于耐高溫腐蝕的防護(hù)涂層的制備技術(shù)上。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例實(shí)施例I :Ni粉(200目，純度99%)、Al粉(200目，純度為99. 5%)按照摩爾比Ni粉50%、Al粉50%的比例用無(wú)水乙醇均勻混合，均勻涂敷在經(jīng)過(guò)處理后的碳素鋼基體上(碳素鋼表面粗糙度為Ra50)，厚度要超過(guò)10mm，然后放入電阻加熱爐中加熱，升溫速度為10°C /min，升溫到200°C保溫2小時(shí)烘干混合粉末。升高爐內(nèi)溫度至600°C引燃熱爆原位反應(yīng)，反應(yīng)完畢后在200 C溫度下保溫I小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)生成的涂層表面進(jìn)行打磨，得到表面光滑、結(jié)構(gòu)致密、厚度均勻的涂層。實(shí)施例2 Ni粉(200目，純度99%)、Al粉(200目，純度為99. 5%)按照摩爾比Ni粉75%、Al 粉25%的比例用無(wú)水乙醇均勻混合，均勻涂敷在經(jīng)過(guò)處理后的碳素鋼基體上(碳素鋼表面粗糙度為RalOO)，厚度要超過(guò)10mm，然后放入電阻加熱爐中加熱，升溫速度為10°C /min,升溫到200°C保溫2小時(shí)烘干混合粉末。升高爐內(nèi)溫度至600°C引燃熱爆原位反應(yīng)，反應(yīng)完畢后在200 C溫度下保溫I小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)生成的涂層表面進(jìn)行打磨，得到表面光滑、結(jié)構(gòu)致密、厚度均勻的涂層。實(shí)施例3 Ni粉(200目，純度99%)、Al粉(200目，純度為99. 5%)按照摩爾比Ni粉66%、Al粉34%的比例用無(wú)水乙醇均勻混合，均勻涂敷在經(jīng)過(guò)處理后的碳素鋼基體上(碳素鋼表面粗糙度為Ra75)，厚度要超過(guò)10mm，然后放入電阻加熱爐中加熱，升溫速度為10°C /min，升溫到200°C保溫2小時(shí)烘干混合粉末。升高爐內(nèi)溫度至在600°C引燃熱爆原位反應(yīng)，反應(yīng)完畢后在200°C溫度下保溫I小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)生成的涂層表面進(jìn)行打磨，得到表面光滑、結(jié)構(gòu)致密、厚度均勻的涂層。
權(quán)利要求
1.一種鎳-鋁基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法，其特征是包括以下步驟 (1)配料 按照摩爾百分比Ni粉為50% 75%、Al粉為25% 50%的比例準(zhǔn)備Ni粉和Al粉，并通過(guò)無(wú)水乙醇均勻混合； (2)碳素鋼表面預(yù)處理 對(duì)碳素鋼表面進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械加工，使原位碳鋼的表面粗糙度為Ra50 RalOO ； (3)涂層的涂敷 將步驟(I)中混合好的粉末均勻地涂敷在碳素鋼基體上，混合粉末的厚度為IOmm 20mm ； (4)加熱保溫 將涂敷了混合粉末的碳素鋼放入電阻加熱爐中加熱，升溫到150°C 250°C，保溫2 3小時(shí)； (5)引燃熱爆原位反應(yīng) 再次加熱，使?fàn)t溫升溫至550°C 60(TC，引爆反應(yīng)，反應(yīng)完畢后在150°C 200°C溫度下保溫I 2小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鎳-鋁基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法，其特征是 步驟(I)中的Ni粉顆粒大小為100 250目，純度95% 99. 5%;A1粉顆粒大小為100 250 目，純度 95% 99. 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鎳-鋁基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法，其特征是 步驟(4)和步驟(5)中的升溫速度均為10°C /min。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在碳素鋼的表面采用原位熱爆合成致密的鎳-鋁(Ni-Al)基金屬間化合物耐腐蝕涂層的制備方法。本發(fā)明首先按照摩爾百分比Ni粉為50%～75%、Al粉為25%～50%的比例準(zhǔn)備Ni粉和Al粉，并通過(guò)無(wú)水乙醇均勻混合；然后在濕法均勻混合的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)烘干、在550℃～600℃的加熱爐中激發(fā)原位熱爆反應(yīng)，在碳素鋼基體上生成Ni-Al基金屬間化合物涂層。本發(fā)明制備的涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密無(wú)孔洞，與碳素鋼基體呈冶金結(jié)合，具有較高的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的涂層制備技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于耐高溫腐蝕的防護(hù)涂層的制備。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102925890SQ20121042081
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者袁建軍, 張希華, 劉欣穎, 郭凡燦 申請(qǐng)人:山東大學(xué)