粉末粒度、松装密度、流动性、含氧量对热喷涂工艺的影响

2020-03-24 5080

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喷涂粉末的优点在于它不受线材成型工艺的限制,生产成本低,来源广,各组分之间可按任何比例调配,使所制涂层具有特殊性。喷涂粉末要满足涂层的成份和性能要求、喷涂工艺要求,因而应具有合适的粉末物性。

粉末物性是制定热喷涂工艺参数的重要依据之一。影响热喷涂工艺的粉末物性主要有粒度大小、形状、分布、比表面积、吸附性、流动性等。热喷涂送粉工序中,粉末粒度过小,流动性就差,而导致送粉困难;粒度过大,粉末在高温热流中熔化不完全,对于陶瓷粉末的径向送粉等离子喷涂而言,粒度分布过宽,必然有部分粉末不会充分经过等离子束流高温区,而出现粉末受热不均现象。

1 粒度

粒度是衡量粉末颗粒大小的技术指标,粉末粒度大小和范围要合适,才能保证粉末具有合适的松装密度和流动性,为获得高质量涂层做好准备。

热喷涂粉末颗粒一般用目来衡量,超细粉用μm单位来表征。在粉末样品中用正负号和目数来表征粉末的粒度,如-120+300目表示粉末粒度小于120大于300目,目数越大粉末越细。热喷涂粉末应满足一定的粒度要求。用于火焰喷涂的金属粉末一般小于120目,常用的是-180+320目;等离子喷涂的陶瓷粉末粒度一般是-140+320目或-500+300目;适于HVOF的粉末粒度一般在15~53μm,较细的粉末粒度也在5 ~25μm,有些HVOF设备可实现10μm以下超细粉体的喷涂。

2 松装比重

松装比重又称松装密度,其物理意义是干粉末自然流入容器后,质量与体积之比,单位是g/cm3。松装比重的大小除了与粉末的成分有密切关系外,还与粉末的形状、表面质量有关。同一种合金粉末,松装比重的数值大一些的质量较好。若松装比重过小,说明粉末颗粒的表面有疏松的氧化层,或粉粒形状不规则。

2.3 流动性

流动性是指粉末的流动能力,是衡量粉末热喷涂工艺性的重要指标之一。通常采用霍尔流量计(Hall flowmeter)测量粉末流动性,单位是s/50g,其物理意义是50g的某种粉末流经具有一定孔径的标准漏斗所需要的时间s。流动数值越小说明粉末的流动性越好,流动性好易实现均匀送粉,流动性差容易堵塞送粉通道。

合金粉末的流动性一般较好,约为20~45s/50g。陶瓷粉末流动性一般较差,约为50~120s/50g,有的甚至在霍尔流量计中出现起拱现象,不自流,无流动性,在热喷涂送粉器中通常采用振动或搅拌实现强制送粉。

热喷涂粉末要具有良好的流动能力,以便在送粉通道中顺畅流动与均匀送粉。球形热喷涂粉末是一种新型喷涂粉末,不仅流动性好,而且涂层性能极佳。粉末颗粒的球形性不好、表面氧化和表面吸潮都会降低粉末的流动性,应选择合适的粉末成分和制粉工艺以获得理想的粉末颗粒形貌。

4 含氧量

对于合金粉而言,含氧量也是一个较重要的物性指标。粉末中所含的氧元素一般是以氧化物的形式存在,这是由于粉末在制造过程中,金属元素不可避免地受到轻微的氧化。氧化愈严重,含氧量愈高。粉末中所含氧化物是有害成分,导致涂层中产生气孔、夹杂。对含氧量要严格限制。合金粉末的含氧量一般小于0.2% 。