阻止熱噴塗中金屬氧化的方法

2023-06-18 20:32:51

專利名稱：阻止熱噴塗中金屬氧化的方法
阻止熱噴塗中金屬氧化的方法本發明涉及阻止熱噴塗中金屬氧化的方法以及塗覆金屬粉末的方法。之前，人們通過將待噴塗材料合金化，由此使混合物的氧親和力降低，來努力將氧化程度減到最少。但是，採用昂貴的合金化劑卻不能完全阻止塗層上氧化物層的產生。另外一種解決方法是真空等離子體噴塗(VPS)，憑藉該方法可獲得完全無氧的塗層，但是由於其製備成本相當高，只有絕對有必要時該方法才使用。例如，由於高製備成本， 塗覆燃氣輪機時就積極地傾向於避免採用VPS塗覆。公開號為6376103的美國專利申請描述了金屬粉末的製備，其可用在通過熱噴塗產生的塗層。該申請的金屬粉末被製備成金屬碳化物複合材料燒結體，從而粉末粒子本身中包含有碳化物。因此，針對不同金屬和合金優化碳化物的量是本發明的最大挑戰。該量應該足以使熱噴塗塗層不被氧化，但也不能太高以致在塗層中留下太多未反應的碳化物。噴塗中碳的釋放速度取決於所採用是何種碳化物。當碳從碳化物中釋放出來時，碳化物的金屬成分留存於塗層中，藉此碳化物還應當根據其適用性進行選擇。大體上，熱噴塗金屬塗層中最大的問題之一是其脆性，以及一般地，其弱耐腐蝕性。所不變的是，在所有的熱噴塗金屬塗層的應用中，例如導電/導熱層、防腐蝕塗層或燃氣輪機熱障塗層(TBC)，其趨勢都是想獲得儘可能被氧化得少的塗層。為了使噴塗中氧化的程度最小，就必須在這些應用中採用相當複雜和昂貴的金屬合金。依據本發明所述方法有能力排除之前已知方案中出現的問題。由於本發明能採用較便宜的材料，依據本發明所述方法在經濟上具有相當的優勢。在權利要求1的特徵部分對本發明這種阻止熱噴塗中金屬氧化的方法的特徵進行了描述。接著，權利要求4對依據本發明的熱噴塗塗層的特徵也進行了描述，而權利要求8 對依據本發明塗覆金屬粉末的方法的特徵進行了描述。結合附

圖1對本發明的一個實施方式進行具體闡述，圖1表示了依據本實施方式發生的反應。本發明涉及一種阻止熱噴塗中金屬氧化的方法，其中納米碳化物附著在金屬粉末表面，然後，被包裹的金屬粉末經過熱噴塗法噴塗，在物體(即，可被熱噴塗法噴塗的基體) 表面上形成金屬塗層，由此納米碳化物在噴塗的熔融狀態下在金屬粉末粒子表面上提供碳化物的還原反應，使得熔融金屬液滴的表面無法被氧化。本發明還涉及採用所述方法所製備的熱噴塗塗層，還涉及一種塗覆用於熱噴塗中的所述金屬粉末的方法。當熔融液滴在物體表面固化時，形成熱噴塗塗層。在常規方法中，在噴塗過程中熔融金屬液滴可以與周圍的氧發生反應，從而在塗層中形成氧化物層。附著於用於熱噴塗塗覆的金屬粉末表面的納米碳化物(例如碳化鎢或WC)，在噴塗過程中防止金屬的氧化。該碳化物按照受控方式釋放碳，碳與周圍的氧反應，形成氣態化合物(CO，CO2),從而熔融金屬液滴表面不能被氧化。按照這種方法，塗層中就沒有氧化物層形成。純碳與周圍氧的反應過於迅速，從而保護功能不能得以實現。熱噴塗金屬塗層最大的問題涉及脆性和弱耐腐蝕性，這是氧化物層所帶來的。圖1中，叫做「氧吞噬性」碳化物的材料的作用是在金屬粒子表面上提供還原反應來抵消在熔融狀態下所產生的氧化作用。由於碳化物被破壞，當檢驗碳化物金屬基體複合材料塗層時可觀察到該現象，其目的在於避免塗層中的碳損失。例如，WC在塗布過程中分解為碳和金屬鎢。根據本發明，同樣的現象可被用來提供受控的還原反應，其中釋放中的碳與氧反應，形成二氧化碳，同時保護金屬不被氧化。本發明中採用的是通過水基合成法(一種經濟有效的製備納米碳化物的方法)製備納米碳化物的技術。可改變該方法使納米碳化物從含水漿料直接生成至金屬粒子表面。 這幾乎不會增加粉末的製備成本。另外，還可以在這些應用中利用較為廉價的金屬，從而總成本將有相當程度的降低。無氧塗層也將打開一個廣闊的新應用空間，其中現有的金屬塗層的性能將不再足夠。本發明適用於所有熱噴塗金屬粉末，而且其會對熱噴塗金屬粉末的製造產生變革，並且能實現在越來越多的應用中利用金屬塗層。
權利要求
1.一種阻止熱噴塗中金屬氧化的方法，其特徵在於-附著納米碳化物至待用於熱噴塗的金屬粉末粒子表面，然後-在物體表面上通過熱噴塗方法噴塗該經塗覆過的金屬粉末而形成金屬塗層，從而所述納米碳化物在該噴塗的熔融狀態下在所述金屬粉末粒子表面上提供所述碳化物的還原反應，由此使所述熔融金屬液滴的表面不會被氧化。
2.權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述納米碳化物直接從含水漿料生成至所述金屬粒子的所述表面上。
3.權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，採用碳化鎢作為所述納米碳化物。
4.一種熱噴塗塗層，其特徵在於，所述塗層由塗覆有納米碳化物的金屬粉末形成。
5.權利要求4所述的熱噴塗塗層，其特徵在於，所述納米碳化物為碳化鎢。
6.權利要求4或5所述的熱噴塗塗層，其特徵在於，所述塗層不含氧化物層。
7.權利要求4-6任一項所述的熱噴塗塗層，其特徵在於，所述塗層通過權利要求1-3任一項所述的方法製造。
8.一種塗覆待用於熱噴塗中的塗層的金屬粉末粒子的方法，其特徵在於，附著納米碳化物至該金屬粉末粒子表面。
9.權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述納米碳化物直接從含水漿料生成至所述金屬粒子的所述表面上。
10.權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，採用碳化鎢作為所述納米碳化物。
全文摘要
本發明涉及一種通過將待使用的金屬粉末塗覆納米碳化物來阻止熱噴塗中金屬氧化的方法，涉及採用所述方法所製備的塗層，還涉及一種用納米碳化物處理金屬粉末的方法。依據本發明所述方法適用於所有在熱噴塗中應用的金屬粉末，而且，由於本發明可採用較廉價的材料，它們在經濟上尤其有優勢。
文檔編號B22F9/00GK102388158SQ201080010476
公開日2012年3月21日 申請日期2010年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者E·圖魯南, T·瓦裡斯, T·蘇霍南, T·裡特沃南 申請人:Vtt科技研究中心