低氧超細硬面合金粉末的生產和應用

低氧超細硬面合金粉末的生產和應用

The production and the application of the low oxygen super and thin hardface metal alloy powder

摘要 通常噴塗粉的粒度範圍為-140～+325目，近些年，由於超音速火焰噴塗(HVOF)和高功率等離子噴塗(HPPS)的出現，要求合金粉體粒度範圍在-270～+500目之間，使噴塗粉材向細微級靠近，為適應這一需要，開發了低氧超細硬面合金粉末的生產工藝，使用500個大氣壓的高壓水，在密封無氧的霧化裝置中，生產出了所需要的合金粉末。

Summary usually spraying powder'the grain degree scope is-140+325 mesh, the nearer year, HVOF and HPPS etc. The The ion the to the the spray because the the of the supersonic speed the the flames the of emergence, the the request the metal alloy the powder the body the grain a the degree the scope at-270+500 mesh , the make the toward the small the the class to the the close to, the the in the order the to adapt the this to need, the develop the production craft the of the low oxygen the super and the thin hardface metal alloy powder, use 500 high pressure waters of big air pressures, in seal completely without the fog disguise of the oxygen place, produced the metal alloy powder need.

關鍵詞 超細粉 硬面合金 霧化制粉

keyword super and thin powder, hardface metal, atomization make powder

一、前言

熱噴塗材料是熱噴塗技術的重要組成部分。它與熱噴塗工藝及熱噴塗設備共同構成熱噴塗技術的主體。[1]整個熱噴塗技術的發展，實際上就是熱噴塗設備與材料的不斷的進步。早期的熱噴塗材料是以金屬和合金為主要成份的粉末和線材，主要包括鋁、鋅、銅、鎳、鑽和鐵等金屬及它們的合金，通過破碎及混合等初級制粉方法將這些材料製成粉末，而線材則是用拉拔工藝製作出一定線徑的金屬絲或合金絲。經過科研技術人員的努力，自熔合金得以問世並出現了火焰噴焊工藝，這就是著名的「硬面技術」。自熔合金是在Ni、Co和Fe基的金屬中加入B、Si、Cr這些能形成低熔點共晶合金的元素及抗氧化元素，噴塗後再加熱重熔，獲得硬面塗層。通常噴塗粉的粒度範圍為-140～+325目，有些陶瓷粉可細到5微米左右。過細的粉末會產生燒損和飛揚等問題，送粉加大困難，沉積效率也受影響。近些年，由於超音速火焰噴塗(HVOF)和高功率等離子噴塗(HPPS)的出現，使噴塗向細微級靠近。其原因是，HVOF和HPPS焰流和顆粒飛行速度極高，縮短了顆粒在焰流中的受熱時間，使之在未熔化之前就已到達基體表面，不能形成塗層。而使用超細粉末，可改善這一狀況。市場上已有專門用於HVOF噴塗的系列粉，粒度範圍通常在-270～+500目之間。

二、低氧超細硬面合金粉末的生產工藝

世界的熱噴塗已有100年的歷史,中國的熱噴塗也有近五十年的歷史，用於熱噴塗的純金屬、合金或自熔合金粉材，工業上是採用霧化法進行生產的，霧化工藝自六十年代初問世以來，為新的熱噴塗材料的出現提供了生產手段。霧化法主要有水霧化——水冷，氣霧化——氣冷和氣霧化一水冷三種方式。

現在在使用的霧化設備，可以用於生產對要求不高的粉材。眾所周知，粉末越細，其表面積越大，在有氧環境下，越易與氧起反應。所以，製作低氧超細硬面合金粉末，不僅要求設備具有更強大的霧化能，而且需要霧化的環境處在無氧狀態下。

2.1 生產設備

年產量在一百噸至二百噸左右的低氧超細硬面合金粉末的整套設備清單：

高壓水泵 霧化壓力 50MPa 六萬

水池 10立方米 一萬

霧化裝置(含中間包，霧化器等) 五萬

中頻電源和熔爐 100公斤爐子 五萬

管道等輔助設備 二萬

檢測設備 一萬

其他 五萬

設備總的投資額在二十五萬左右，設備製造安裝需要二至三個月。

設備佔地四十平米。

電：200KW以上

水：平均每天一立方

操作人員:二至三人。(初中以上文化程度)

2.2生產過程

霧化法的原理，是採用高壓的霧化介質，如水或氣體，對熔融的金屬液進行衝擊，使金屬液被破碎成細小的金屬液滴，最後冷凝成金屬粉末。對於不易氧化的金屬，如鎳基粉末，可以使用暢開式的霧化裝置進行生產，但對於象不鏽鋼類的粉材，如果霧化時裝置中有氧存在，氧化是無法避免的事。氧化了的不鏽鋼粉，輕則表面發黃，重則發黑，這樣的粉材，如果用於熱噴塗粉芯絲材的原料，為了脫氧，勢必需要添加造渣劑，同時也降低了材料的性能和性價比。

低氧超細硬面合金粉末的生產過程大致如下：

首先按配方稱量金屬材料，啟動中頻爐，根據熔煉工藝的要求，將金屬熔化，在霧化前對金屬液進行脫氧。

對霧化裝置進行除氧操作，以確保霧化過程中，裝置中處於無氧狀態。

霧化。通過一爐六十公斤的金屬液，所需要的霧化時間在五至八分鐘。

粉末收集。由於粉末相當細，需要在霧化結束後，靜置一段時間。

對收集的粉末進行乾燥，分級、稱量和包裝。

2.3設備比較

國內也有企業使用液態氮，用於生產超細的金屬粉末。設備投資近六十萬，主要設備包括壓縮機、真空泵、儀表和管路、霧化裝置、熔煉爐及中頻、收粉系統。其主要不足在於粉體的生產成本相當高。動力消耗很大。

對於國內目前使用暢開式裝置的生產廠家，其實通過設備的改造，也是能很快提升制粉的工藝水平的。通過前面所述，改造中所需要添加的，主要是高壓水泵和與之相配套的霧化器，其餘的，基本上可以利用原來的老設備。這樣下來，約可節省十餘萬投資。

三、應用

低氧超細硬面合金粉末，除了用於超音速火焰噴塗(HVOF)和高功率等離子噴塗(HPPS)外，一個大的用戶群是熱噴塗粉芯絲材。

熱噴塗粉芯絲材，或稱為藥芯焊絲，是由金屬外皮包裹著一定粒度的不同類型的金屬、合金粉末或陶瓷粉末等構成的，兼備實心絲材及合金粉末噴塗材料的優點，具有合金成分調節容易、調節範圍廣、可獲得特殊合金成分表面塗層和提高塗層質量等獨特的優越性，是一種非常有發展前景的熱噴塗材料，國內已開發了三十餘種Fe基、Ni基、Al基和Zn基熱噴塗粉芯絲材，在軸類、柱塞、烘缸、風機葉片等修復及燃煤電站鍋爐「四管」防護上得到成功應用。

目前國內藥芯焊絲生產企業有三十餘家，生產線近百條，產品主要有鈦型氣保護、鹼性氣保護和耐磨堆焊（主要是埋弧堆焊類）三大系列，適用於碳鋼、低合金高強鋼、不鏽鋼等。[2]

通過使用低氧超細預合金粉末，可以提高藥芯焊絲的性能，降低生產成本，增加廠家的潤。國內已有多家藥芯焊絲生產企業自己生產所需的預合金粉末，得到了很好的收穫。

參考文獻

[1]東建中 熱噴塗粉末的製作工藝和設備 2005年中國硬面技術學術交流會論文集

[2]楊志忠 2007年我國鐵合金供需情況分析 冶金管理 2006年第12期