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          高頻淬火對粉末構造耗損效能的影響

          文章出處:責任編輯:發表時間:2020-07-24【

             粉末的制備工藝有:機械混合法、加壓氫還原包覆法、燒結破碎法等,粉末形貌大多為不規則的塊狀形貌,在焰流中的飛行軌跡不穩定,混合粉末甚至在噴涂過程中發生飛散,難以滿足先進熱噴涂技術的要求。歐美等發達國家已相繼開發出高球形度燒結態Cr25NiCr復合粉末,如PRAXAIR公司的1375VM、METCO公司的5004NS等粉末。噴霧干燥工藝制備球形Cr25NiCr粉末顆粒的主要問題在于料漿的分散性、流動性和含固量等關鍵因素的控制,文中對該工藝的主要控制點進行了研究。

          高頻淬火對粉末構造耗損效能的影響

            1實驗過程

            1.1噴霧干燥制粒過程

            將成份(w/)配比為25的NiCr合金粉和75的Cr3C2粉末在球磨混料機內混合24h,球磨前與球磨后粉末粒度用JL?

            1166型激光粒度儀測量。

            在攪拌桶內按照粉末:聚乙烯醇(PVA):H2O=3:1:1的比例配制料漿,實驗過程中加入高分子分散劑進行分散,百分含量分別為0.02、0.04、0.06.

            由于粘合劑在攪拌過程中容易產生泡沫,在攪拌過程中加入一定量的消泡劑。實驗用高速離心式噴霧干燥工藝制備Cr25NiCr粉末。

            1.2粉末及涂層性能檢測

            噴霧干燥后的Cr3C225NiCr粉末顆粒在氣氛保護爐內1400℃下燒結2h,取出破碎后用325目和500目標準篩進行篩分;用Scott漏斗法檢測粉末的流動性和松裝密度;用日立HITACHIS3500N型掃描電子顯微鏡(SEM)分析粉末表面及剖面形貌相;用X射線衍射儀分析燒結后粉末的相組成;化學法分析粉末中各元素成分含量。采用JP5000超音速火焰噴涂設備(HVOF)制備Cr3C225NiCr涂層,檢測涂層的表面硬度及結合強度等物理性能,涂層組織及孔隙率采用掃描電鏡進行分析。

            2結果與討論

            2.1球磨工藝對粉末粒度的影響

            球磨前混合粉末的原始粒度分布呈單峰正態分布,粉末平均粒徑為12.8μm.球磨后粉末粒度體積累積分布曲線呈現雙峰樣式,Cr3C2粉末的平均粒度在1.6μm處呈現峰值,NiCr合金粉末的平均粒度在7.0μm處的為峰值。在球磨過程中NiCr合金粉由于有較好的韌性而不宜被破碎,脆性的Cr3C2粉末容易在球磨過程中被破碎成微細粉末。

            2.2分散劑含量對Cr3C2?25%NiCr料漿噴霧干燥粉末物理性能影響

            (a)由于未加分散劑,料漿流動性和分散性較差,在霧化過程中難以分散形成均勻的液滴,瞬間干燥后的粉末顆粒形狀不規則;由(b)(c)可以看出,隨著分散劑含量的提高,球形粉末的數量明顯增多。由于BXJ分散劑使料漿表面活性能增加,改善了料漿的流動性和分散性,在霧化過程中分散成均勻的球形液滴;(d)表明隨著分散劑加入含量的增加,液體料漿表面活性過大、霧化液滴的聚合力降低,在噴霧干燥過程離心力作用下粉末顆粒較為松散,不能形成致密化顆粒。

            經-100~ 325目粒度篩分后,粉末流動性和松裝密度變化見(a)、(b)。由結果可知,加入0.04分散劑的料漿所制備的復合粉末顆粒具有較好的流動性和較高的松裝密度,驗證了掃描電鏡的分析結果。松裝密度與噴霧干燥密切相關,料漿的表面活性和粘度兩者達到平衡點時噴霧干燥粉末致密度最佳,同時,球形粉末具有較佳的流動性,其松裝密度測量值也較大。

            2.3液相燒結工藝對粉末的影響

            前后粉末的表面及剖面形貌相,噴霧干燥制粒后的粉末是機械混合狀態,粉末內通過聚乙烯醇粘合劑將兩相顆粒粘合在一起(a)、(b)所示。在燒結過程的初始階段有機粘合劑聚乙烯醇開始焦化揮發,在粉末內部留下空洞,當溫度升高到1000℃以上時,鎳鉻合金表面氧化皮開始脫落,Cr3C2與NiCr合金相之間通過固相擴散方式形成燒結頸。

            在1400℃燒結溫度下,NiCr合金形成液相在顆粒內毛細管作用下迅速潤濕或充填在Cr3C2相周圍形成冶金結合,粉末表面相互接觸的碳化鉻相也通過固態擴散形成網絡狀骨架連接,如(c)、(d)所示。

            實驗采用N2保護方式很好的控制了碳化鉻相分解趨勢。說明快速的液相燒結工藝很好的控制碳化物的分解,又使粉末內部形成冶金化結合。

            可以看出成分上兩種粉末相差不大,實驗研制的粉末在流動性和松裝密度方面略好于1375VM粉末,因為1375VM粉末在-25μm以下粉末含量較高(54.2),影響其流動性和松裝密度的提高。

            2.5超音速火焰噴涂涂層顯微組織研究其組織特點為NiCr合金基體上彌散分布Cr3C2粒子硬質相,具有典型的熱噴PSPC的涂層標準[/url]狀結構,涂層與基體之間結合緊密,沒有明顯的孔隙和顯微裂紋存在。通過掃描電鏡圖像分析軟件分析涂層的孔隙率小于1.5,實驗測定的涂層結合強度為65.5MPa,涂層表面硬度為(HR15N)91.6.

            (a)噴霧干燥未燒結粉末形貌(b)噴霧干燥粉末剖面(c)液相燒結后粉末形貌(d)液相燒結后粉末剖面

            3結論

            (1)實驗表明,高分子分散劑能夠提高Cr3C225NiCr料漿的流動性,降低材料因密度差異形成成份偏析趨勢,當高分子分散劑含量在0.04%時,噴霧干燥粉末具有最佳的流動性和較高的松裝密度,隨著分散劑含量的增加,粉末的物理性能下降。

            (2)噴霧干燥粉末經液相燒結后,顆粒內部呈NiCr合金潤濕Cr3C2相冶金結合狀態,XRD分析表明燒結過程中未發生明顯的氧化脫碳現象。球形燒結態Cr3C225NiCr粉末流動性為33.7s/50g,松裝密度為2.24g/cm3。

            (3)超音速火焰噴涂Cr3C225%NiCr涂層顯微組織呈層狀,涂層與基體結合緊密,孔隙率為1.5,結合強度65.5MPa,表面硬度為91.6HR15N.


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