低氧超细硬面合金粉末

编辑:知识号互动百科 时间:2017-09-22 00:13:55
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摘要 通常喷涂粉的粒度范围为-140~+325目,近些年,由于超音速火焰喷涂(HVOF)和高功率等离子喷涂(HPPS)的出现,要求合金粉体粒度范围在-270~+500目之间,使喷涂粉材向细微级靠近,为适应这一需要,开发了低氧超细硬面合金粉末的生产工艺,使用500个大气压的高压水,在密封无氧的雾化装置中,生产出了所需要的合金粉末。
一、前言热喷涂材料是热喷涂技术的重要组成部分。它与热喷涂工艺及热喷涂设备共同构成热喷涂技术的主体。整个热喷涂技术的发展,实际上就是热喷涂设备与材料的不断的进步。早期的热喷涂材料是以金属和合金为主要成份的粉末和线材,主要包括Al、Zn、Cu、Ni、Co和Fe等金属及它们的合金,通过破碎及混合等初级制粉方法将这些材料制成粉末,而线材则是用拉拔工艺制作出一定线径的金属丝或合金丝。经过科研技术人员的努力,自熔合金得以问世并出现了火焰喷焊工艺,这就是著名的“硬面技术”。自熔合金是在Ni、Co和Fe基的金属中加入B、Si、Cr这些能形成低熔点共晶合金的元素及抗氧化元素,喷涂后再加热重熔,获得硬面涂层。通常喷涂粉的粒度范围为-140~+325目,有些陶瓷粉可细到5微米左右。过细的粉末会产生烧损和飞扬等问题,送粉加大困难,沉积效率也受影响。近些年,由于超音速火焰喷涂(HVOF)和高功率等离子喷涂(HPPS)的出现,使喷涂向细微级靠近。其原因是,HVOF和HPPS焰流和颗粒飞行速度极高,缩短了颗粒在焰流中的受热时间,使之在未熔化之前就已到达基体表面,不能形成涂层。而使用超细粉末,可改善这一状况。市场上已有专门用于HVOF喷涂的系列粉,粒度范围通常在-270~+500目之间。
二、低氧超细硬面合金粉末的生产工艺国外的热喷涂已有100余年的历史,中国的热喷涂也有近五十年的历史,用于热喷涂的纯金属、合金或自熔合金粉材,工业上是采用雾化法进行生产的,雾化工艺自六十年代初问世以来,为新的热喷涂材料的出现提供了生产手段。雾化法主要有水雾化——水冷,气雾化——气冷和气雾化一水冷三种方式。现在使用的雾化设备,可以用于生产要求不高的粉材。众所周知,粉末越细,其表面积越大,在有氧环境下,越易与氧起反应。所以,制作低氧超细硬面合金粉末,不仅要求设备具有更强大的雾化能力,而且需要雾化的环境处在无氧状态下。
2.1生产设备年产量在一百吨至二百吨左右的低氧超细硬面合金粉末的整套设备清单:
高压水泵雾化压力50MPa六万
水池10立方米一万
雾化装置(含中间包,雾化器等)五万
中频电源和熔炉100公斤炉子五万
管道等辅助设备二万
检测设备一万其他五万
设备总的投资额在二十五万左右,设备制造安装需要二至三个月。设备占地四十平米。电:200KW以上水:平均每天一立方操作人员:二至三人。(初中以上文化程度)
2.2生产过程雾化法的原理,是采用高压的雾化介质,如水或气体,对熔融的金属液进行冲击,使金属液被破碎成细小的金属液滴,最后冷凝成金属粉末。对于不易氧化的金属,如镍基粉末,可以使用畅开式的雾化装置进行生产,但对于不锈钢类的粉材,如果雾化时装置中有氧存在,氧化是无法避免的事。氧化了的不锈钢粉,轻则表面发黄,重则发黑,这样的粉材,如果用于热喷涂粉芯丝材的原料,为了脱氧,势必需要添加造渣剂,同时也降低了材料的性能和性价比。
低氧超细硬面合金粉末的生产过程大致如下:首先按配方称量金属材料,启动中频炉,根据熔炼工艺的要求,将金属熔化,在雾化前对金属液进行脱氧。对雾化装置进行除氧操作,以确保雾化过程中,装置中处于无氧状态。
雾化。通常一炉六十公斤的金属液,所需要的雾化时间在五至八分钟。粉末收集。由于粉末相当细,需要在雾化结束后,静置一段时间才可进行收集操作。对收集的粉末进行干燥,分级、称量和包装。
2.3设备比较国内也有企业使用液态氮,用于生产超细的金属粉末。设备投资近六十万,主要设备包括压缩机、真空泵、仪表和管路、雾化装置、熔炼炉及中频、收粉系统。其主要不足在于粉体的生产成本相当高,动力消耗很大。对于国内目前使用畅开式装置的生产厂家,可以通过设备的改造,就能很快提升制粉的工艺水平的。通过前面所述,改造中所需要添加的设备,主要是高压水泵和与之相配套的雾化器,其余的,基本上可以利用原来的老设备。这样下来,约可节省十余万投资。
三、应用低氧超细硬面合金粉末,除了用于超音速火焰喷涂(HVOF)和高功率等离子喷涂(HPPS)外,一个大的用户群是热喷涂粉芯丝材。热喷涂粉芯丝材,或称为药芯焊丝,是由金属外皮包裹着一定粒度的不同类型的金属、合金粉末或陶瓷粉末等构成的,兼备实心丝材及合金粉末喷涂材料的优点,具有合金成分调节容易、调节范围广、可获得特殊合金成分表面涂层和提高涂层质量等独特的优越性,是一种非常有发展前景的热喷涂材料,国内已开发了三十余种Fe基、Ni基、Al基和Zn基热喷涂粉芯丝材,在轴类、柱塞、烘缸、风机叶片等修复及燃煤电站锅炉“四管”防护上得到成功应用。
目前国内药芯焊丝生产企业有三十余家,生产线近百条,产品主要有钛型气保护、碱性气保护和耐磨堆焊(主要是埋弧堆焊类)三大系列,适用于碳钢、低合金高强钢、不锈钢等。通过使用低氧超细预合金粉末,可以提高药芯焊丝的性能,降低生产成本,增加厂家的润。国内已有多家药芯焊丝生产企业自己生产所需的预合金粉末,得到了很好的收获。
参考文献东建中热喷涂粉末的制作工艺和设备2005年中国硬面技术学术交流会论文集
杨志忠2007年我国铁合金供需情况分析冶金管理2006年第12期
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