[发明专利]阻止热喷涂中金属氧化的方法

说明书

本发明涉及阻止热喷涂中金属氧化的方法以及涂覆金属粉末的方法。

之前，人们通过将待喷涂材料合金化，由此使混合物的氧亲和力降低，来努力将氧化程度减到最少。但是，采用昂贵的合金化剂却不能完全阻止涂层上氧化物层的产生。

另外一种解决方法是真空等离子体喷涂(VPS)，凭借该方法可获得完全无氧的涂层，但是由于其制备成本相当高，只有绝对有必要时该方法才使用。例如，由于高制备成本，涂覆燃气轮机时就积极地倾向于避免采用VPS涂覆。

公开号为6376103的美国专利申请描述了金属粉末的制备，其可用在通过热喷涂产生的涂层。该申请的金属粉末被制备成金属碳化物复合材料烧结体，从而粉末粒子本身中包含有碳化物。

因此，针对不同金属和合金优化碳化物的量是本发明的最大挑战。该量应该足以使热喷涂涂层不被氧化，但也不能太高以致在涂层中留下太多未反应的碳化物。喷涂中碳的释放速度取决于所采用是何种碳化物。当碳从碳化物中释放出来时，碳化物的金属成分留存于涂层中，借此碳化物还应当根据其适用性进行选择。

大体上，热喷涂金属涂层中最大的问题之一是其脆性，以及一般地，其弱耐腐蚀性。所不变的是，在所有的热喷涂金属涂层的应用中，例如导电/导热层、防腐蚀涂层或燃气轮机热障涂层(TBC)，其趋势都是想获得尽可能被氧化得少的涂层。为了使喷涂中氧化的程度最小，就必须在这些应用中采用相当复杂和昂贵的金属合金。

依据本发明所述方法有能力排除之前已知方案中出现的问题。由于本发明能采用较便宜的材料，依据本发明所述方法在经济上具有相当的优势。

在权利要求1的特征部分对本发明这种阻止热喷涂中金属氧化的方法的特征进行了描述。

接着，权利要求4对依据本发明的热喷涂涂层的特征也进行了描述，而权利要求8对依据本发明涂覆金属粉末的方法的特征进行了描述。

结合附图1对本发明的一个实施方式进行具体阐述，图1表示了依据本实施方式发生的反应。

本发明涉及一种阻止热喷涂中金属氧化的方法，其中纳米碳化物附着在金属粉末表面，然后，被包裹的金属粉末经过热喷涂法喷涂，在物体(即，可被热喷涂法喷涂的基体)表面上形成金属涂层，由此纳米碳化物在喷涂的熔融状态下在金属粉末粒子表面上提供碳化物的还原反应，使得熔融金属液滴的表面无法被氧化。

本发明还涉及采用所述方法所制备的热喷涂涂层，还涉及一种涂覆用于热喷涂中的所述金属粉末的方法。

当熔融液滴在物体表面固化时，形成热喷涂涂层。在常规方法中，在喷涂过程中熔融金属液滴可以与周围的氧发生反应，从而在涂层中形成氧化物层。附着于用于热喷涂涂覆的金属粉末表面的纳米碳化物(例如碳化钨或WC)，在喷涂过程中防止金属的氧化。该碳化物按照受控方式释放碳，碳与周围的氧反应，形成气态化合物(CO，CO₂)，从而熔融金属液滴表面不能被氧化。按照这种方法，涂层中就没有氧化物层形成。纯碳与周围氧的反应过于迅速，从而保护功能不能得以实现。

热喷涂金属涂层最大的问题涉及脆性和弱耐腐蚀性，这是氧化物层所带来的。

图1中，叫做“氧吞噬性”碳化物的材料的作用是在金属粒子表面上提供还原反应来抵消在熔融状态下所产生的氧化作用。由于碳化物被破坏，当检验碳化物金属基体复合材料涂层时可观察到该现象，其目的在于避免涂层中的碳损失。例如，WC在涂布过程中分解为碳和金属钨。根据本发明，同样的现象可被用来提供受控的还原反应，其中释放中的碳与氧反应，形成二氧化碳，同时保护金属不被氧化。

本发明中采用的是通过水基合成法(一种经济有效的制备纳米碳化物的方法)制备纳米碳化物的技术。可改变该方法使纳米碳化物从含水浆料直接生成至金属粒子表面。这几乎不会增加粉末的制备成本。另外，还可以在这些应用中利用较为廉价的金属，从而总成本将有相当程度的降低。无氧涂层也将打开一个广阔的新应用空间，其中现有的金属涂层的性能将不再足够。

本发明适用于所有热喷涂金属粉末，而且其会对热喷涂金属粉末的制造产生变革，并且能实现在越来越多的应用中利用金属涂层。