[发明专利]一种等离子喷涂用的MCrAlY合金粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超高温合金粉末制备技术领域，具体涉及一种等离子喷涂用的MCrAlY合金粉末的制备方法。

背景技术

MCrAlY为目前最为常用的热喷涂高温合金材料， M表示基体元素，为Fe、Ni、Co 三种金属元素的一种或两种。根据其基体元素的不同主要有以下几类：FeCrAlY，适宜在增碳环境下工作，表现出优良的抗硫化性能，价格较低，塑性好，但其组织为铁素体，与一般高温合金工件的基体组织不匹配，因此一般不能在镍基与钴基合金工件表面使用；NiCrAlY，延性和抗氧化性较好，但抗硫化性能较差，在航空发动机中应用较好；CoCrAlY，具有较高的抗硫化能力，但抗氧化性和延性较低，适宜在舰艇、地面工业燃气轮机环境下工作；NiCoCrAlY 及CoNiCrAlY，这类合金兼有NiCrAlY 及CoCrAlY 的优点，综合性能较好。MCrAlY 涂层的抗氧化和耐腐蚀性能，是基于在涂层表面能够形成致密的Cr₂O₃ 或Al₂O₃氧化膜。这些氧化膜作为氧的扩散屏障层，阻止了基体或结合层的进一步氧化或腐蚀。MCrAlY常与Y₂O₃ - ZrO₂配合形成功能梯度涂层，该涂层可耐1700高温，目前已经应用于F100、JT8D、JT9D、V2500等型号发动机。

MCrAlY合金化程度高, 在熔炼过程中易出现宏观成分偏析, 在凝固过程中易出现缩孔、疏松等铸造缺陷, 室温塑性低且离散度大。热喷涂工艺采用的粉末要求具有良好的流动性和纯净度；良好的流动性保证了粉末的送粉过程的均匀，而纯净度的提高可以使粉末表面保持高活性，从而有利于粉末与基体之间形成更致密的结合层。目前制备MCrAlY合金粉末制备主要方法为气雾化法（Gas Atomization, GA），采用GA制备的MCrAlY合金粉末球形度较差、卫星粉、粘接粉等缺陷粉末较多，导致合金的流动性较差，且合金气体元素含量高，粉末的品质有较大提升的空间。相比于气雾化法，等离子旋转电极制粉工艺（Plasma Rotating Electrode Process, PREP）更适合用于MCrAlY合金粉末的制备。PREP属于离心雾化制粉技术，粉末在表面能的驱动下呈完美球形，不会形成粘结粉等缺陷，从而保证了合金具有高的流动性。同时，PREP制粉过程采用了高真空设备保证了粉末的纯净度，采用PREP技术能够制备出超细、高纯度、高球形度、低氧含量的MCrAlY合金粉末，确保喷涂过程的稳定，保证了与基体粘接的质量，具有优异的性能，可以满足等离子喷涂领域的需求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种，针对MCrAlY粉末球形度、流动性、纯净度较差的问题，以及当前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末球形度、纯净度不佳，影响喷涂过程与基体粘接不良进而影响涂层服役性能的问题，本发明提供了一种高纯度、高球形度、低氧含量MCrAlY合金粉末的制备方法，确保成型后的MCrAlY合金成分均匀、组织细小、性能优异，满足等离子喷涂领域的需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种等离子喷涂用的MCrAlY合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）按照MCrAlY基合金的成分为配料，M=Ni，Cr，Fe中的一种或两种，熔炼成MCrAlY合金棒；

2）步骤1）的MCrAlY合金棒进行精车加工得到电极棒，电极棒为：直径为20-100mm，长度为200-1000mm，圆柱度±0.01～0.1；

3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空，真空度小于10^-4Pa，向反应室充入He、Ar、N₂中的一种或两种混合气体；

4）PREP制粉设备的等离子枪功率为50-400kW，对电极棒端部进行加热，根据产品对粉末的粒度区间要求，电极棒转速为8000-35000r/min，使电极棒端部均匀熔化，形成细小液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入收集料罐中，得到MCrAlY合金粉末。

所述的MCrAlY合金粉末平均粒度为30μm-500μm。

所述的步骤4）制粉过程增氧量小于30ppm，为超低增氧量。

所述的步骤4）MCrAlY合金粉末的霍尔流速为8~15s/50g。

步骤5）所述的惰性气体为He、Ar、N₂中的一种或任意两种混合。

本发明的有益效果在于：