[发明专利]金属陶瓷粉末

说明书

发明领域

本发明涉及金属陶瓷粉末、制造金属陶瓷粉末的方法以及该金属陶瓷粉末作为用于表面涂覆的热喷涂粉末的用途。本发明还涉及制造涂覆部件的方法，包括通过该金属陶瓷粉末的热喷涂制造涂层，以及可根据该方法获得的涂覆部件。

热喷涂粉末用于在基底上制造涂层。在此将粉末状颗粒引入对准待涂覆的（大多为金属的）基底的燃烧火焰或等离子火焰中。由此，所述颗粒在火焰中完全或部分熔融，冲击在基底上，在那里固化并以固化的“泼溅物（splats）”的形式形成涂层。通过热喷涂制造的涂层可制备最多数毫米的层厚。热喷涂粉末的一个常见用途是制造磨损保护层。热喷涂粉末通常是金属陶瓷粉末的亚类，其一方面包含硬质材料，最通常为碳化物，如碳化钨、碳化铬和碳化钼，和另一方面包含由金属构成的基质，例如钴、镍及其与铬的合金，或较不常包含含铁合金。因此，热喷涂粉末和由其制成的喷涂层是复合材料。

涂料 – 类似于实心材料（Massivwerkstoff） – 以可凭经验确定的性质为特征。这些包括硬度（例如Vickers-、Brinell-、Rockwell-和Knoop-硬度）、耐磨性（例如ASTM G65）、抗空蚀性以及在各种介质中的腐蚀行为。耐腐蚀性在喷涂材料的选择中越来越重要，因为许多磨损保护层必须在化学侵蚀性环境中在酸性条件下可靠存在（例如用在油气工业、造纸工业、化学工业和食品饮料工业以及制药工业中，通常在隔绝氧气的条件下）。例如，当在氯化物或海水存在下输送酸性的石油或天然气时，对于阀芯和活塞杆既是这种情况。在食品饮料工业以及化学工业中也有许多用途，其中磨损和腐蚀产生负的协同效应并因此降低抗磨涂层的寿命。

喷涂层在酸性液体介质中和在氯化物存在下的腐蚀根据与硬质合金的情况相同的已知原则进行：侵袭基质合金，由此释放基质合金的离子。由此释放喷涂层的硬质材料，并剥离该喷涂层。如果与摩擦磨损叠加，则发生磨损和腐蚀的负协同效应。腐蚀行为由于硬质材料与基质之间会发生接触腐蚀而加重，因此在复合材料中的基质比其单独存在时更容易腐蚀。这在硬质合金中同样能观察到。

多种材料已被确认为制造用于上述用途的喷涂层用的热喷涂粉末，例如WC-CoCr 86/10/4或WC-CoNiCr 86/9/1/4、WC-Cr3C2-Ni或Cr3C2-NiCr。所有上述材料的共同特征在于它们在基质中包含Cr，因为这确保了它们的耐腐蚀性。

另一材料是WC-NiMoCrFeCo 85/15，其作为热喷涂粉末商购可得（来自H.C. Starck GmbH, D的Amperit^? 529）。其基质由类似于Hastelloy^? C的合金构成。尽管Hastelloy^? C在酸性介质中成功使用，但这种合金缺乏耐磨性。但作为复合材料中的基质合金，“喷涂粉末”或“喷涂层”，其表现出较差的性质。

对市场上常用的碳化铬-NiCr(80/20)材料也类似适用。在此，没能将NiCr 80/20的良好耐酸性转移到具有碳化铬的热喷涂粉末或由其制成的喷涂层中。

Fe基基质合金，例如衍生自奥氏体不锈钢，如316L或根据DE 10 2006 045 481 B3基于FeCrAl 70/20/10的那些，在低pH值下的酸性环境中损坏。

所有上述材料作为压实的喷涂粉末转移到盐酸、硫酸和柠檬酸中时，在这些介质的至少一种中表现薄弱或在机械特性值中表现薄弱。

因此本发明的目的是提供金属陶瓷粉末，其适合作为热喷涂粉末并在所有三种介质中都提供稳定涂层而不严重损害耐磨性和抗空蚀性的机械特性值或在氯化物存在下的稳定性。

在此，在真实条件下以基质金属的排放物形式测定耐腐蚀性，而非在真实条件下无法量化使用寿命的电化学方法如电位图。

令人惊讶地，现在已经发现，通过包含一种或多种硬质材料和特定的基质金属组合物的金属陶瓷粉末可以解决上述问题。

本发明因此提供一种金属陶瓷粉末，其包含

a) 50至90重量%的一种或多种硬质材料和

b) 10至50重量%的基质金属组合物，其中重量数据基于所述金属陶瓷粉末的总重量计，其特征在于，所述基质金属组合物包含下列：

i) 40至75重量%的铁和镍，

ii) 18至35重量%的铬，

iii) 3至20重量%的钼，

iv) 0.5至4重量%的铜，

其中金属i)至iv)的重量数据在每种情况中基于所述基质金属组合物的总重量计，且其中铁与镍的重量比在3:1至1:3的范围。