氧含量对NiCr合金粉末涂层性能的影响.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 3 1 氧含量对N i C r 合金粉末涂层性能的影响 朱成才，肖宁，露玉亮，马江虹，岳岚 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 攘薹慰0 。1 7 5 菇、0 ．0 6 7 ％、0 。0 5 0 鬟三耪氧含豢约N i C r 合佥粉寒懿涂层毪能遴绔了磅究，包摇涂溱戆 结合强度、不连续性、豹槽以及最大氧纯穆直径秘最大孔满直径簿对涂层使孀性能产生重要影嫡的涂璎 指标。试骏发现，随着0 含鬣的降低，涂层的络合强度得到明显的提高，其不连续憔、最大空洞以及氧化 物分布等微观组织也得到了明晟的改善。 关键词N i C r ；合金粉末；氧食蹙；涂层 孛鋈努类警T G l 7 4 。垂突献拣谖码A 文章装号1 0 0 7 ～7 5 4 5 2 0 0 8 ；S O - - 0 0 3 1 - - 0 3 I n f l u e n c eo fO x y g e nC o n t e n to nC o a t i n gP e r f o r m a n c eo fN i C rA l l o yP o w d e r Z 麓UC h e n g - c a i ，X l A ON i n g ，T l A NY u - l i a n g ，M AJ i a n g - h o n g ，Y U EL a n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o a t i n gp e r f o r m a n c eo fN i C ra l l o yp o w d e rw i t ht h r e ek i n d so fo x y g e nc o n t e n ti n c l u d i n g 0 ．1 7 5 ％，0 ．0 6 7 ％，0 ．0 5 0 ％r e s p e c t i v e l y ，a r ei n v e s t i g a t e d ．T h ec o a t i n gp e r f o r m a n c ec o n t a i n sb o n d i n g s t r e n g t h ，d i s c o n t i n u i t y ，p h a s ea n dt h em a x i m u md i a m e t e ro fo x i d ea n dp o r e ，w h i c hh a v ei m p o r t a n te f f e c t o nt h ec o a t i n gw o r k i n g ．I ti sf o u n dt h a t ，w i t hr e d u c i n go fo x y g e nc o n t e n t ，b o n d i n gs t r e n g t ho fc o a t i n gi s i m p r o v e dr e m a r k a b l y ，m e a n w h i l e ，c o a t i n gm i c r o s t r u c t u r ei n c l u d i n gd i s c o n t i n u i t ya n dt h em a x i m u md i a m e - t e ro fo x i d ea n dp o r ei si m p r o v e do b v i o u s l y ． K e y w o r d s N i C ra l l o y ；A l l o yp o w d e r ；0 x y g e nc o n t e n t ；C o a t i n g 镍铬合金粉怒一种可以单独作为底层，也可以 用作面层的热喷涂含金粉末，在8 5 0 ℃下长期使用。 作为底层，它与钛食金、高温合金有很好的粘和性 熊，结合强度纛硬度离，涂层组织均匀分布，没有裂 纹、分层和涂层与基体界面分离现象，是一种优良的 等离子喷涂用底层，该涂层已经广泛使用在各型号 发动机上。但是，随着航空航天事业的飞速发展，对 涂层材料的性能提您了越来越苛刻的要求。 基前国内现寄的N i C r 合金粉束主要存在以下 不足 1 粉末的球形度差，具体表现在合金粉宋的 松比和流动性不好。目前国内N i C r 合金粉末的松 比和流动性一般分别在3 ．5g ／c m 3 、2 6s ／5 0 9 ，随蒋 喷涂技术鳇提熹穰对涂瑟性能的瑟求越来越苛粼， 这种粉末已经不镌满足磺涂工艺的要求，经常出现 作者简介朱成才 1 9 8 2 - - ，安徽阜阳人，硕士． 堵塞喷枪等问题。 2 粉末氧含量嵩。目前国内 N i 8 0 C r 2 0 材料的氧含量一般都在0 ．1 0 ％以上，氧 含量与国外粉末相比偏高，造成喷涂涂层中的氧化 物夹杂增多，涂层酶致密度纛结合强度降低。 3 杂 质含量偏高。目前国内仿制粉末的杂质禽量编高， 一般S i 在0 ．5 ％～1 ％，A l 在0 ．5 ％～2 ％，有的甚至 超过3 ％，这些元素主要是在制粉熔炼阶段脱氧造 渣对加入会金孛，这些元素的存在都会给粉末的性 能稻涂滋性能带来不零l 影睦。其孛，氧禽量对涂层 使用性能的影响最为引人关注。掌握氧含量对涂层 性能的影响规律，合理控制合金粉末的氧含量，其意 义不言而喻。 本文在蓠囊磅究王俸的基础上，详缨器究了 N i C r 含众氯含量对涂屡襁能的影响。 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 1试验方法 本硕嚣对不露0 含量的N i C r 舍金涂麓进行了 研究。原料为自制的三种氧含量的N i C r 合金粉 末，其氧含最分别为0 ．1 3 5 ％、0 ．0 6 7 ％、0 ．0 5 0 ％。 喷涂工艺采用等离子喷涂，喷涂设备为德豳G T V 公司豹等离子喷涂设备。磺涂工艺参数为基材 l c f l l N i 2 W 2 M o V ，电压7 8 - - - 8 0V ，电流5 0 0A ，送 气量2 6 0 0L ／h ，喷涂距离1 2 01 T 1 1 T I ，面层厚度ln 3 ．r f l 。 2 试验结果与讨论 2 ．I 涂屡结合强度 采用不间O 含量的N i C r 合金粉末，禚同一喷 涂条件下，做了涂层的结合强度试验。氧禽量分别 为0 ．1 3 5 ％、0 ．0 6 7 ％、0 ．0 5 0 ％的N i C r 合众涂层的 平均绩会强度分别势2 擎．3 鹾P a ，3 7M P a ，纛3 9 M P a 。 由数据可知，由O 含摄为0 ．1 3 5 ％的N i C r 合金 粉末所得到的涂层结合强度较低，一般在2 9M P a 左右，无法稳定在3 0M P a 以上。毽随着O 含量的 降低，涂层结合强度有较明显的提高。分析发现，粉 寒簸含量的降低，在唼涂过程中，有利于改善涂层与 基体的润湿性，使褥涂层与基俸的络合蔓燕紧密，进 丽提高了涂层与基体的结合强度。 2 ．2 涂层不连续性 涂层的不连续性就是涂层与基体结合界面处， 举连续界瑟长度与连续界露长度之院。我识对不黼 O 禽量的N i C r 含衾涂层的不连续性进行了溅定， 每个试样分别选取5 个不同视场，结果取其平均值。 氧含量分别为0 ．1 3 5 ％、0 ．0 6 7 ％、0 ．0 5 0 ％的N i C r 食金涂层酶不连续性分裂为2 1 ．9 鬟，1 6 。3 ％穰 l ．7 ％。 可见，随着仓金粉末中氧含鬣的降低，涂层的不 连续性明显降低。其原因是合金中氧化物的减少能 够促进涂层与基体的润湿结合，界面氧化物夹杂较 少，扶{ 嚣洚羝不连续牲。 不同氧含量的N i C r 合金涂胺的典型界面络合 情况如图1 所示。由图1 也可以清楚的看出，随着 氧含量的降低，N i C r 合金涂层与基体之间的不遣续 嚣竣藏小。 图1 不嗣氧含量麓N i C r 合金涂屡形貔 F i g ．1 N i C ra l l o yc o a t i n gw i t hd i f f e r e n to x y g e nc o n t e n t 2 ．3 涂屡物相分析衍射图。 图Z 为不同O 含量的N i C r 合金涂层的X 射线 圈2 不同氯含量N i C r 禽金涂层的X R D 圈 F i g ．2 X R Do fN i C rc o a t i n gw i t hd i f f e r e n to x y g e nc o n t e n t 盘圈2 霹看出，不同O 含量的N i C r 涂层均由鞠照影响。 N i 和C r 的固溶体组成。0 含量对涂层相组成没有2 ．4 涂层最大嫩润和最大氧化物售径 榭溅懈缎嫩锻溅。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 3 3 首先本实验通过能谱分析仪确定了涂层中氧化 物相的分布，如图3 所示。A 点为基体，是N i 和c r 的固溶体；B 点为氧化物夹杂，衬度略低于基体，呈 暗灰色；而图中最暗的黑色部分为空洞。 确定了氧化物以及空洞分布情况后，本试验对 不同O 含量的N i C r 合金涂层的最大空洞和最大氧 化物直径D m 进行了测定。试验结果如表1 所示。 表1 不同氧含量N i C r 合金涂层的D 。 T a b l e1 D 。o fN i C ra l l o yc o a t i n gw i t h d i f f e r e n to x y g e nc o n t e n t 0l23456789 k e V N i 瓦化物爽杂B N i C r 乓鱼人C r F eF e , N i 八 J2546，若9 k e V 图3N i C r 合金涂层能谱分析 F i g ．3E D So fN i C ra l l o yc o a t i n g 不同氧含量N i C r 合金涂层中氧化物及空洞分同时，由表1 和组织照片可以看出，随着氧含量 布情况如图4 所示。由图4 可以看出，氧化物主要的降低，涂层中的最大空洞明显变小，而且条状氧化 以长条状分布在层状组织之间，较小的空洞分布在物也明显变小、变短。涂层组织得到了改善。当氧 氧化物颗粒之间，而较大的空洞孤立在涂层基体中，含量为0 ．0 6 5 ％时，涂层组织均匀，层状分布明显， 这是由于喷涂过程中随粉末进入涂层中的气体未及涂层中的最大空洞为2 1 ．4 肛m ，最大氧化物直径为 时排出所致。 1 7 ．6p m ，均小于3 0p m 的行业标准。 图4 不同氧含量的N i C r 合金涂层氧化物及空洞分布图 F i g ．4 O x i d ea n dp o r eo fN i C ra l l o yc o a t i n gw i t hd i f f e r e n to x y g e nc o n t e n t ．．．．． 含量的降低，涂层的结合强度得到明显的提高，其不 。 一～ 连续性、最大空洞以及氧化物分布等微观组织也得 O 含量对涂层的性能具有明显的影响。随着O到明显的改善。 万方数据