铝粉包覆镍铬合金粉末及涂层性能研究.pdf

2 4有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 铝粉包覆镍铬合金粉末及涂层性能研究 冀晓鹃，黄新春，李敦钫，揭晓武，于月光 北京矿冶研究总院金属材料研究所．北京1 0 0 0 4 4 摘要采用常规铝粉及超细铝粉对镍铬合金粉进行包覆，制各镍铬铝粉末。结果表明，采用超细铝粉包 覆的粉末表面包覆更严、更均匀。栗用超细铝粉对两种形状不同的镰铬台金粉进行包覆，形状不规则的 粉末更易被包覆。将以上三种包覆型粉末制备成涂层，超细铝粉包覆粉末制各的涂层孔隙率更小，涂层 更致密。 关键词N i C r A I ；包覆；孔隙率 中围分类号T G l 7 4 ．；T B 3 2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 1 2 0 0 7 S 0 0 0 2 4 0 3 P e r f o r m a n c e so fP o w d e r sa n dC o a t i n g so fN i ／C rA l l o yC l a d e db yA I J IX i a o - j u a n ．H U A N GX i n c h u n ，L ID u n - f a n g ，J I EX i a o - w u ，Y UY u e - g u a n g B e i j m gC , e n 盯a tR e s e a r c hl 黯t i t l l 健o fM i n i n g ＆M 目a l j u 堰y ．S u b - I r , m i t u t eo fM e t a IM a t e d , l , ，B d j i 增1 0 0 0 4 4 ．c h h 曲 A b s t r a c t T h eN i ／C ra l l o yp o w d e r sw e r ee l a d e dw i t hn o r m a lA 1p o w d e r sa n ds u p e r f i n eA 1p o w d e r s ．T h es u r f a c e O ft h eN i ／C ra l l o yp o w d e r sc l a d e dw i t hs u p e r f i n eA 1p o w d e r sw a st i g h t e ra n dm o r eu n i f o r r f l ．T h eN i ／C ra U o y p o w d e r sw i t ht w od i f f e r e n ts h a p e sw e r ed a d e dw i t hs u p e r f i n eA Ip o w d e r s ．T h eN i ／C ra l l o y sp o w d e r sh a v e i r r e g u l a rs h a p ew e r ec l a d e de a s i e r ．T h ec o a t i n g sw e r ep r e p a r e dw i t ht h et h r e ek i n d so fc l a d e dp o w d e r sa b o v e ． T h ec o a t i n gp r e p a r e db yp o w d e r sd a d e dw i t hs u p e r f i n eA Ip o w d e r sh a ss m a l l e rp o r o s i t y ． K e y w o r d s N i C r A l ；C l a d ；P o r o s i t y 铝粉包覆的镍铬合金粉末是一种放热性能优异 的自粘结粉末⋯1 ，广泛应用于航天、航空、机械等领 域[ 2 】。常用于制备各种隔热、耐腐蚀、抗氧化涂 层[ 3 j 。也可用于制备陶瓷层与基体之问的粘接 层[ 4 l 。具有良好的隔热、抗氧化、耐冲击、防腐蚀性 能【5 】。以上涂层性能的保证与粉末本身的性质密 切相关。铝粉包覆镍铬合金粉末的包覆效果以及粉 末和其喷涂层的性能取决于镍铬合金粉末的形貌及 铝粉的粒度。本文针对以上两点对不同粒度铝粉包 覆不同形貌镍铬合金粉末进行了研究。 1实验用原料与实验方法 1 ．1 实验原料 分别采用自产N i ／C r 合金粉A 及自产N i ／C r 作者简介冀晓鹃 1 9 8 1 一 ．女．内蒙古呼和浩特人。硬士．工程师 合金粉B 。A 、B 中N i 、c r 的质量比为4 1 ，粉末A 外形呈近球形，表面较光滑，粉末B 呈不规则形状， 表面粗糙，其形貌如图1 所示。包覆铝粉分别采用 外购常规铝粉及自产超细铝粉，常规铝粉粒度为2 ～3M l ，超细铝粉粒度为5 0 ～1 0 0n m 。 圈lN i ／C r 合金粉末形貌 F i g ．1 T h eS E Mo fN i ／C ra l l o yp o w d e r s 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 2 5 1 ．2 实验方法 采用混合搅拌的方法制备包覆型粉末。将经筛 分的N i ／C r 合金粉与质量百分含量6 ％的～粉及粘 结剂混合，粘结剂与铝将的质量比为 1 - - 0 ．3 1 。将 以上物料的混合物装入混料机搅拌，直至粘结剂基本 挥发完全．再将包覆好的粉末放人烘干箱在1 0 0 ℃下 烘干，经筛分即得铝粉包覆的镍铬合金耪末。本实验 共采用3 种搭配制备N i C r A l 粉末，超细铝粉包覆A 粉末、超细铝粉包覆B 粉末、常规铝粉包覆B 粉末，所 得包覆型粉末编号分别为i 、2 、3 。 采用大气等离子喷涂方法将以上3 种粉末制备 成涂层，基体采用4 5 8 钢。为了进行对比，对3 种粉 末采用相同的喷涂工艺参数喷涂距离2 6 0r m 、电压 8 0k v 、电流5 2 0A 、主气l5 0 0L ／h 、送粉气4 2L ／h 。 1 ．3 检测方法 对原料N i ／C r 台金粉末、包覆型N i C r A I 粉末及 涂层形貌进行扫描电镜观测。对包覆粉灿粉上粉 率进行粗略判断，对喷涂过程粉末沉积率进行测定。 对涂层内部成分进行能谱分析。并测定涂层剖面金 相试样孔隙率。 2包覆粉末性能分析与结果 2 ．1 包覆粉上粉率测定结果 将2 0 0g 镍铬合金粉末与1 3g 铝粉混合进行包 覆试验，所得三种包覆粉末经筛分后的最终质量及 筛上的粗粉和筛下的细粉质量如表1 所示。 表1N i C r A 粉末包覆前后质量对比 T a b l e1T h er t s u l to fN i C r A Ip o w d e r b e f o r e ／a R e rc l a d i n g 经观察发现粉末1 筛上的粗粉主要是铝粉互相 粘结抱团形成的．占粗粉总质量的6 0 ％左右．筛下 的细粉也主要是铝粉．说明铝粉包覆效果不是很好。 大部分铝粉不是包覆在了镍铬合金粉的表面，而是与 更易粘结在一起的细铝粉相互粘结，上粉率为5 0 ％ - - 6 0 ％。粉末2 筛上的粗粉为包覆后超过粒度范围 的N i C r ～粉末，细粉主要为m 耪，上粉率可达9 5 ％ 以上。粉末3 筛上粗粉有包覆后超过粒度范围的 N i C r A I 粉末，也有铝粉互相粘结形成的大颗粒，筛下 细粉主要为未包覆上的铝粉，上粉率为7 5 ％- - 8 5 ％。 通过对粉末1 、2 的对比发现，表面租糙、形状不 规则的镍铬合金粉更容易被包覆，这是由于在搅拌 过程中，粉末表面的粗糙度、规则度会影响细粉的粘 结难易度。粗糙的、有不规则形状的表面更容易在搅 拌过程中粘结细粉。通过对粉末2 、3 对比发现，超 细铝粉由于粒度范围窄。粉末粒径比镍铬台金粉小 很多而较容易包覆到镍铬台金粉末表面，这是由于 相对于细耪而言，粒径差距大相当于细粉与粗粉的 接触面积大，因此更容易粘牢不掉落。 2 ．2 粉末形貌结果与分析 包覆后粉末l 、2 ．3 的形貌分别如图2 所示。由 图2 a 可以看出，由于A 粉表面比较光滑且呈近球 形。铝粉与其表面为点接触，很难粘覆在它的表面。 因此还有部分镍铬合金粉表面暴露在外层；而一旦 有部分铝粉牯覆成功。则在周围会有成团铝粉随之 粘覆，因此造成包覆不完全、不均匀的现象。由图 2 b 可以看出，B 粉表面基本都被铝粉包覆严密，且 包覆层厚度基本一致，包覆效果较好。由图2 c 可以 看出，B 粉表面也基本都被铝粉包覆，只有部分凸出 的小面积部位暴露在外层，这是由于这部分面积与 包覆层铝粉颗粒度大小相当，因此很难有铝粉可以 粘覆；另外从图中可以看到，外层铝粉颗粒不均匀， 部分太颗粒粒径可达3 ～5 “m ，这是造成包覆不牢 固。有铝粉脱落的主要原因。 图2 包覆后粉末的形貔 F i g ．2 T h em o r p h o l o g yo fc l a d e dp o w d e r s 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 3 涂层形貌与分析 采用粉末1 、2 、3 进行大气等离子喷涂，分别得 到涂层I 、I I 、I l l ，其沉积率分别为6 0 ％、6 3 ％、 5 4 ．5 ％．涂层剖面形貌分别如图3 所示。对其金相 试样剖面进行孔隙率测试，得涂层I 、I I 、r I I 的孔隙 率分别为3 ．5 ％、2 ．8 ％、3 ．2 ％。对涂层进行能谱分 析发现，涂层中呈白色区域为合金相区，主要成分为 镍、铬、铝；涂层中呈灰色区域的主要成分为镍、铬的 氧化物；涂层中呈黑色区域为氧化铝。由图中可以 看出， a 涂层中镍、铬氧化物较多，这是由于粉末中 铝含量较少，在喷涂过程有限的氧化环境中，镍、铬 相对氧化较为严重造成的； b 涂层中氧化铝含量较 a 多。但分布较为均匀。且基本呈长条状，有利于抵 挡外界氧化环境的影响； c 涂层中氧化物以氧化铝 为主，但存在很多较大面积的氧化铝，且分布不均 匀，这是由于粉末中铝粉颗粒不均匀造成。由此发 现，包覆粉中铝粉覆盖面的大小、覆盖均匀程度的好 坏，直接影响涂层的质量。 图3N i C 3 “ A I 喷涂层剖面S E M 形莸 F i g 。3 T h eS E Mo fc r o s ss e c t i o no fN i C r A Ic o a t i n g 4 结论 ㈨纂薹磊名茎袈磊芸篙1 ． 1 航0 空4 发5 动- 4 机6 ．热障涂层材料体系 采用不同性状的原料制备铝粉包覆镍铬合金粉 的研究[ J ] 航空学报，2 0 0 0 ，2 1 1 7 1 2 末．并将以上包覆粉进行等离子喷涂制备涂层发现。[ 3 ] 李美垣，孙晓峰，张重远，等E B ～V D 矍氅篓层热循环 虿羞毫丢粉末具有一定的粗糙度及不规则外形时较要 妻粘苎层的氧化和相结构‘1 3 _ 金属学报 2 0 0 2 ’3 8 易被完全包覆且包覆层分布均匀。外层包覆粉末 [ 4 ] 舔≤渡，宫声凯，徐惠彬．梯度热障涂层的设计[ J ] ．舭 粒度越小，与被包覆粉末粒度相差越大，上粉率越 空学报，2 0 0 2 ，2 3 5 4 6 7 4 7 2 ． 高．包覆分布越均匀，这样既节省了原料，又保证了 [ 5 ] 管恒荣，李美蝠，孙晓蟑，等．高温台金熟障涂层的氧化 粉末成分的准确性。同时，粉末包覆的好坏，直接影和失效罾} 究[ J ] ．金属学报．2 0 0 2 ，3 8 n 1 3 3 1 4 0 ． 响涂层的质量。包覆完全、分布均匀的粉末更易制 备出涂层成分均匀，抗氧化能力强的涂层。 参考文献 【1 ] 鲍明远．氧乙炔火焰粉末喷涂及自粘结复台粉末[ J ] ． 万方数据