專(zhuān)利名稱(chēng)：：金屬粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過(guò)熱噴涂工藝?yán)绲入x子體噴涂或高速火焰噴涂(HVOF)、火焰噴涂、電弧噴涂、激光噴涂或應(yīng)用焊接例如PTA工藝用于金屬基材表面涂覆的新穎的粉末混合物，特別是金屬陶瓷粉末。
背景技術(shù)：
：這些粉末包含至少一種細(xì)碎的硬質(zhì)材料粉末例如WC、Cr3C2、TiC、B4C、TiCN、M02C等，以及一種細(xì)碎的金屬或合金基質(zhì)粉末。硬質(zhì)材料粉末和基質(zhì)粉末通常在有機(jī)粘結(jié)劑溶液存在下劇烈混合，合適情況下進(jìn)行共碾磨、霧化、干燥、過(guò)篩，并且隨后在含氫氣氛中加熱，以除去有機(jī)粘結(jié)劑并且產(chǎn)生燒結(jié)粘結(jié)，從而形成粒度為10-100微米的較大附聚體。DE-B2-1446207揭示了包含金屬碳化物作為硬質(zhì)材料并且包含10-45%鋁和鎳作為金屬的火焰噴涂粉末。在工業(yè)上已經(jīng)確立具體使用含鈷和含鎳的粉末作為基質(zhì)金屬粉末。發(fā)明概述本發(fā)明的第一目的是進(jìn)一步減少鈷的使用，因?yàn)殁捰猛緩V泛，已經(jīng)成為需求大于供應(yīng)的原料。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供與通常的Co-Cr基質(zhì)合金相比具有可比或提高的耐磨性和抗氣穴性的低鈷金屬陶瓷涂料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提高金屬陶瓷涂料的耐腐蝕性，具體說(shuō)是降低基質(zhì)金屬?gòu)耐苛系娜芙庑浴１景l(fā)明提供的金屬陶瓷粉末包含75-90重量％的至少一種硬質(zhì)材料粉末和10-25重量％的一種或多種基質(zhì)金屬粉末，還包含不超過(guò)3重量。/。的改性劑，其中，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含0-38重量％的鈷、0-38重量％的鎳、0-20重量％的鋁、0-90重量％的鐵和10-35重量％的鉻，而且，鐵和鉻的含量總和為10-95重量％，鉆、鎳和鐵的含量總和為65-95重量％。5優(yōu)選的金屬陶瓷粉末是具有以下性質(zhì)的粉末，其包含75-90重量％的至少一種硬質(zhì)材料粉末和10-25重量％的一種或多種基質(zhì)金屬粉末，以及不超過(guò)3重量％的改性劑，其中，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含不超過(guò)38重量％的鈷、不超過(guò)38重量％的鎳、不超過(guò)20重量％的鋁、不超過(guò)90重量％優(yōu)選不超過(guò)75重量％的鐵以及20-35重量％的鉻，并且鐵和鉻的含量總和為25-95重量％，鈷、鎳和鐵的含量總和為65-95重量％、優(yōu)選為65-75重量％。特別優(yōu)選的金屬陶瓷粉末是如權(quán)利要求1中所述的粉末，其包含75-90重量％的至少一種硬質(zhì)材料粉末和10-25重量％的一種或多種基質(zhì)金屬粉末，以及不超過(guò)3重量％的改性劑，其中，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含0-38重量％的鈷、0-38重量％的鎳、0-20重量％的鋁、0-75重量％的鐵和20-35重量％的鉻，并且鐵和鉻的含量總和為25-95重量％，鈷、鎳和鐵的含量總和為65-75重量％。本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式提供的金屬陶瓷粉末包含75-90重量％的至少一種硬質(zhì)材料粉末和10-25重量％的一種或多種基質(zhì)金屬粉末，以及不超過(guò)3重量％的改性劑，其中，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含0-38重量％的鈷、0-38重量％的鎳、0-20重量％的鋁、30-90重量％優(yōu)選30-75重量％的鐵和10-35重量％的鉻，并且鐵和鉻的含量總和為10-95重量％、優(yōu)選為60-95重量％，鈷、鎳和鐵的含量總和為65-95重量％。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選金屬陶瓷粉末，基質(zhì)金屬鎳和鈷的重量比至少為2:3，較優(yōu)選為1:1，特別優(yōu)選為3:2。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的金屬陶瓷粉末是不含鈷的。進(jìn)一步優(yōu)選的金屬陶瓷粉末是不含鈷且不含鎳的。根據(jù)本發(fā)明的更優(yōu)選的金屬陶瓷粉末，具體是低鈷或不含鈷的金屬陶瓷粉末，其基質(zhì)金屬中鐵的含量至少為30重量％，一種或多種基質(zhì)粉末中鐵和鉻的含量總和至少為60重量％。在這些金屬陶瓷粉末中，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含0-10重量°/。的鈷、0-38重量％的鎳、0-20重量％的鋁、30-90重量％優(yōu)選30-75重量％的鐵、以及10-35重量％的鉻。在本發(fā)明的金屬陶瓷粉末中，具體說(shuō)是本發(fā)明不含鈷的金屬陶瓷粉末中，鉻和鋁含量總和與鐵、鎳和鉻含量總和的重量份數(shù)之比優(yōu)選為1:2.2至1:3.7、特別優(yōu)選為1:2.7至1:3.6。優(yōu)選的組合物可以包含20-26重量％的鉻、64-72重量％的鐵和5-16重量％的鋁?？赡艿挠操|(zhì)材料粉末是通常的金屬陶瓷涂料的硬質(zhì)材料成分，例如WC、Cr3C2、VC、TiC、B4C、TiCN、SiC、TaC、NbC、Mo2C及其混合物。優(yōu)選WC和Cr3C2，特別優(yōu)選是WC?？梢员旧硪阎姆绞酵ㄟ^(guò)金屬或合金或部分合金熔體(partalloymelts)的霧化來(lái)生產(chǎn)基質(zhì)粉末。使用尚未預(yù)合金化的部分合金粉末或金屬粉末時(shí)，在金屬陶瓷粉末使用過(guò)程期間(例如噴涂應(yīng)用過(guò)程期間)進(jìn)行合金化。通過(guò)合適鹽與過(guò)量草酸反應(yīng)，如DE19822663Al或US6554885B1中所述進(jìn)行干燥和熱處理，由化學(xué)沉淀法獲得優(yōu)選的鈷、鎳和/或鐵部分合金基質(zhì)粉末，鉻作為金屬粉末混入?？赡艿母男詣┚唧w是鋼基材(品質(zhì))提升元素例如Mo、Nb、Si、W、Ta和/或V。除了可容許的雜質(zhì)之外，基質(zhì)金屬或基質(zhì)合金粉末優(yōu)選不含其他成分。本發(fā)明還提供了具有上述組成的金屬陶瓷以及用這種金屬陶瓷涂覆的成形制品。要生產(chǎn)這些金屬陶瓷粉末，在有機(jī)粘結(jié)劑的水溶液中，以本身已知的方式，使合適的具有不同平均粒度的一種或多種硬質(zhì)材料粉末、一種或多種基質(zhì)粉末、以及改性劑形成漿液，不過(guò)所述平均粒度在各情況下應(yīng)當(dāng)都指直徑小于10微米，并且在球磨機(jī)、磨碎機(jī)或攪拌容器中通過(guò)混合碾磨方式進(jìn)行均質(zhì)化，在噴霧干燥器中霧化懸浮液，從噴霧液滴中蒸發(fā)水分。通過(guò)分級(jí)工藝(過(guò)篩、篩分)的方式將得到的粉末附聚體轉(zhuǎn)化成具有所需粒度的粉末，通過(guò)在高達(dá)約1300°C、具體為1100-130(TC的溫度下燒結(jié)，將附聚體的有機(jī)粘結(jié)劑釋放到含氫氣氛中。通過(guò)物理處理(破碎、碾磨、過(guò)篩、篩分)將得到的燒結(jié)餅塊轉(zhuǎn)化回到具有所需粒度范圍的粉末。根據(jù)本發(fā)明的金屬陶瓷可以通過(guò)對(duì)所述金屬陶瓷粉末進(jìn)行壓制和燒結(jié)或者通過(guò)熱噴涂獲得，熱噴涂工藝?yán)绺咚倩鹧鎳娡?、冷氣體噴涂、等離子體噴涂或類(lèi)似工藝。因此本發(fā)明還提供了用于生產(chǎn)具有上述組成的金屬陶瓷或制品的方法，所述方法包括以下步驟提供如權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的粉末，所述粉末的形式或制備方法適合于熱噴涂；使用所述粉末進(jìn)行熱噴涂過(guò)程；獲得金屬陶瓷或制品。7因此本發(fā)明還提供了用于生產(chǎn)具有上述組成的金屬陶瓷或制品的方法，所述方法包括以下步驟提供如權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的粉末；在壓力下使粉末成形，形成生坯體；加熱生坯體，形成金屬陶瓷或制品。實(shí)施例1-7在各情況中都使用具有以下性質(zhì)的碳化鎢粉末，其粒度由FSSS確定為0.9微米，碳含量為6.1重量％，游離碳含量為0.05重量％。使用類(lèi)似于DE19822663Al實(shí)施例2的方法通過(guò)化學(xué)沉淀法生產(chǎn)具有所示組成的實(shí)施例1-5的基質(zhì)粉末l(表1)。粒度由FSSS確定為1.4-2.2微米，比表面積由BET方法確定為1.8-2.6平方米/克。實(shí)施例l-3的基質(zhì)粉末2是電解法制備的粉末，其粒度D50為3.1微米(激光散射)。實(shí)施例6和7的基質(zhì)金屬粉末通過(guò)對(duì)Fe、Cr和Al的合金熔體進(jìn)行霧化獲得。粒度D90分別為10.8和10.2微米(激光散射)。將由WC和表1中所示組成的基質(zhì)合金構(gòu)成的約50千克金屬陶瓷粉末引入包含約1。/。聚乙烯醇(PVA，Shin-Etsu，GP05)作為粘結(jié)劑和約0.5%Nalco(DN公司(DeutscheNalcoGmbH))作為潤(rùn)濕劑的IO升水初始物料中，用球磨機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化，在商用噴霧干燥器中將經(jīng)過(guò)均質(zhì)化的懸浮液霧化，從噴霧液滴中蒸發(fā)水分。對(duì)以這種方式獲得的附聚的粉末進(jìn)行熱處理，從而使粘結(jié)轉(zhuǎn)化成燒結(jié)粘結(jié)。通過(guò)破碎、碾磨、過(guò)篩和篩分，將以這種方式獲得的燒結(jié)餅塊轉(zhuǎn)化成所需粒度范圍的粉末。碳含量、由激光散射確定的平均粒度、粒度分布和金屬陶瓷粉末的堆積密度如表1中所報(bào)告。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例號(hào)1234567wc重量Q/086868688838888基質(zhì)粉末1重量％10101012171212Co含量重量份數(shù)5102.4000Ni含量重量份數(shù)5254.83.100Fe含量重量份數(shù)0754.813.98.58Cr含量重量份數(shù)000002.753Al含量重量份數(shù)000000.751基質(zhì)粉末2:Cr重量％4440000金屬陶瓷粉末c含量重量o/。5.495.45.55.435.155.785.82燒結(jié)溫度°C1140115011601150115011401140平均粒度微米35.334.433.635.836.428.126.5D，/0微米57.156.755.457.957.744.843.2D50%微米33.732.531.634.135.125.724.6D10%微米18.417.317.018.319.513.613.0堆積密度克/立方厘米4.224.114.153.933.953.923.96通過(guò)高速火焰噴涂(HVOF系統(tǒng)DiamondJetHydrid2600)方式由這些粉末在建筑鋼材ST37上形成涂層。表2報(bào)告了這些涂層的性質(zhì)。圖1顯示用來(lái)自實(shí)施例l(圖la))、實(shí)施例2(圖lb))和實(shí)施例3(圖lc))的粉末形成的涂層微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片。圖2分別顯示用來(lái)自實(shí)施例7的粉末并且采用"標(biāo)準(zhǔn)"(圖2a))、"冷且快"(圖2b))和"熱且慢"(圖2c))的噴涂參數(shù)形成的涂層微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片。9表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>l)根據(jù)DINENISO65072)根據(jù)ASTMG323)根據(jù)ASTMG6權(quán)利要求1.一種金屬陶瓷粉末，其包含75-90重量％的至少一種硬質(zhì)材料粉末，和10-25重量％的一種或多種基質(zhì)金屬粉末，以及不超過(guò)3重量％的改性劑，其中，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含0-38重量％的鈷，0-38重量％的鎳，0-20重量％的鋁，0-90重量％的鐵，和10-35重量％的鉻，并且，鐵和鉻的含量總和為10-95重量％，鈷、鎳和鐵的含量總和為65-95重量％。2.如權(quán)利要求l所述的金屬陶瓷粉末，其包含75-90重量％的至少一種硬質(zhì)材料粉末，和10-25重量％的一種或多種基質(zhì)金屬粉末，以及不超過(guò)3重量％的改性劑，其特征在于，一種或多種基質(zhì)金屬粉末包含0-38重量％的鈷，0-38重量％的鎳，0-20重量％的鋁，0-75重量％的鐵，和20-35重量％的鉻，并且，鐵和鉻的含量總和為25-95重量％，鈷、鎳和鐵的含量總和為65-75重量％。3.如權(quán)利要求1或2所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，所述基質(zhì)金屬粉末包含0-75重量％的鐵。4.如權(quán)利要求1-3中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，鈷、鎳和鐵的含量總和為65-75重量％。5.如權(quán)利要求1-4中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，一種或多種基質(zhì)粉末中鎳和鈷的重量比至少為2:3。6.如權(quán)利要求1-5中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，一種或多種基質(zhì)粉末是不含鈷的。7.如權(quán)利要求1-6中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，一種或多種基質(zhì)粉末是不含鈷且不含鎳的。8.如權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，一種或多種基質(zhì)粉末中鐵的含量至少為30重量％。9.如權(quán)利要求1-8中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，一種或多種基質(zhì)粉末中鐵和鉻的含量總和至少為60重量％。10.如權(quán)利要求l-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，鉻和鋁的含量總和與鐵、鎳和鉻的含量總和之比以重量份數(shù)表示為1:2.2至1:3.7。11.如權(quán)利要求1-10中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，基質(zhì)粉末的組成為20-26重量％的鉻、64-72重量％的鐵、以及5-16重量％的鋁。12.如權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，硬質(zhì)材料粉末是選自WC、Cr3C2、VC、TiC、B4C、TiCN、SiC、TaC、NbC、Mo2C以及其它們的混合物的粉末。13.如權(quán)利要求1-12中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的金屬陶瓷粉末，其特征在于，改性劑選自Mo、Nb、Si、W、Ta、V以及它們的混合物。14.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的粉末通過(guò)熱噴涂工藝方式用于表面涂覆的應(yīng)用。15.具有如權(quán)利要求1-13中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的組成的金屬陶瓷。16.具有包含如權(quán)利要求15所述的金屬陶瓷的涂層的成形制品。17.—種生產(chǎn)如權(quán)利要求15所述的金屬陶瓷或者如權(quán)利要求16所述的制品的方法，其包括以下步驟提供如權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的粉末，其形式或制備方法適合于熱噴涂；使用所述粉末進(jìn)行熱噴涂工藝；獲得金屬陶瓷或制品。18.—種生產(chǎn)如權(quán)利要求15所述的金屬陶瓷或者如權(quán)利要求16所述的制品的方法，其包括以下步驟提供如權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的粉末;在壓力下使粉末成形，形成生坯體；加熱生坯體，形成金屬陶瓷或制品。全文摘要本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)涂料的新穎的金屬粉末。文檔編號(hào)C23C4/06GK101517109SQ200780034911公開(kāi)日2009年8月26日申請(qǐng)日期2007年9月21日優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日發(fā)明者A·艾林,F·施魯姆夫,J·菲希爾,P·希奈爾,R·肖爾,S·齊默爾曼申請(qǐng)人:H.C.施塔克有限公司