一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，包括以下步骤：一、制备灰铸铁块体坯料；二、对灰铸铁块体坯料进行机械切削，得到切削碎末，然后对切削碎末进行筛分，得到前驱体粉末；三、对前驱体粉末进行球磨，得到磨粉；四、对所述磨粉进行筛分，得到灰铸铁粉末。本发明专利技术制备的灰铸铁粉末中含有石墨组织，该灰铸铁粉末能够满足热喷涂灰铸铁涂层使用，以提高铝合金气缸发动机的减磨性能，使其在更苛刻的条件下使用，并延长其使用寿命。

Method for preparing grey cast iron powder containing graphite tissue for thermal spraying

The invention provides a preparation method for gray cast iron powder containing a graphite thermal spraying, which comprises the following steps: first, the preparation of gray cast iron block blank; two, the gray cast iron blank of mechanical cutting, cutting pieces, and then sieving the cutting powder, the precursor powder three; of the precursor powder by ball milling, milling, to get four; the mill and sieved gray cast iron powder. Gray cast iron containing graphite powder prepared by the invention, the gray cast iron powder can meet the use of thermal spray coating of gray cast iron, in order to improve the wear properties of Aluminum Alloy cylinder engine, make its use in harsh conditions, and prolong its service life.

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法
本专利技术属于金属粉末制备
，具体涉及一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法。
技术介绍
随着人们物质文化水平的提高，汽车在人们的出行中起到日益重要的作用，但同时也带来了能源消耗和环境污染问题。作为车辆的核心部件及动力输出装置，发动机在汽车的使用性能和节能减排方面起着决定性的作用。目前大多数汽车发动机都采用铝合金制造，与灰铸铁发动机相比，铝合金发动机具有更高的热导率和更低的密度，并且轻质铝合金发动机的使用在很大程度上降低了燃油消耗，但是，由于铝合金硬度较低，导致其耐磨损性能较差，从而造成发动机工作过程中气缸壁面容易磨损，限制了其使用，所以，铝合金的表面改性，对其在高载荷条件下作为滑动部件的使用具有重要意义。目前已经出现许多方法解决铝合金气缸壁易磨损的问题，然而在众多工艺中，热喷涂技术由于其涂层制备成本低、效率高等优势，日益受到业界的关注和重视。研究发现，使用热喷涂气缸体保护涂层的发动机比使用铸铁缸套的发动机要节省燃油大约2％～4％，且在涂层服役过程中，涂层中扁平颗粒的剥落和涂层材料的磨损是热喷涂涂层在发动机工作过程中的主要失效形式。而涂层材料的磨损破坏主要是由较高摩擦系数而导致的大的摩擦力所致。因此，提高气缸表面的减磨性能自然成为解决这一问题的关键。在众多铝合金发动机气缸壁减磨保护涂层材料中，灰铸铁具有较低的成本和其中石墨的自润滑作用，使得其成为铝合金发动机气缸表面保护涂层材料的首选，且热喷涂铸铁涂层优良的减磨性能主要取决于其中石墨的含量、尺度以及分布。然而热喷涂过程中熔滴的快速冷却特性使得等离子喷涂灰铸铁涂层中难以析出大量的石墨组织，而是在涂层中形成白口组织，即碳主要以碳化物(Fe3C)的形式存在于涂层中。由于，在通常情况下，铸铁凝固时要获得石墨组织需要很小的冷却速度，一般在102℃/s以下(NastacL,StefanescuD.M.Predictionofgray-to-whitetransitionincastironbysolidificationmodeling[J].TransactionsoftheAmericanFoundrymen'sSociety,1995,103:329-337)，然而根据早期Vardelle等人(VardelleM,VardelleA,LegerA.C.InfluenceofParticleParametersatImpactonSplatFormationandSolidificationinPlasmaSprayingProcess[J].JournalofThermalSprayTechnology,1994,4:50-58)对热喷涂过程中粒子冷却速度的报道结果(陶瓷粒子为104～106℃/s，金属粒子为106～108℃/s)，因此，等离子喷涂铸铁涂层中难以获得足够数量石墨的主要原因是喷涂粒子的快速冷却特性不利于碳以石墨相析出。但是由于原始灰铸铁粉末的主要组成成分为石墨和珠光体基体，且石墨与基体熔点存在较大差异(石墨的熔点约3652℃，基体的熔点约1250℃)，则完全有可能通过控制喷涂工艺将原始含有石墨组织的铸铁粉末快速加热到刚好超过基体熔点的某一温度，使其基体熔化而石墨仍然保持固态或粉末颗粒心部仍然保持未熔状态，然后将其快速冷却，从而使其中石墨组织保留到涂层中。因此，如何获取含有石墨组织的灰铸铁粉末将成为能否解决等离子灰铸铁涂层问题的关键。目前，气体或水雾化技术是生产金属及合金粉末的主要方法，其基本原理是通过雾化喷嘴产生高压高速的气流或水流，快速冲击熔融金属液流，将熔体液流粉碎成很小的液滴并迅速凝固成粉末的过程。这两种方法同样也使熔滴快速凝固，因此采用气或水雾化法制备的灰铸铁粉末通常只得到白口组织，即粉末中碳主要以渗碳体(Fe3C)形式存在，几乎难以形成石墨。且Yang等人(MinYang,YongxiangDai,ChangjiangSongetal.Microstructureevolutionofgreycastironpowderbyhighpressuregasatomization[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,210(2010)351355)研究了气雾化灰铸铁粉末冷却速率与颗粒尺寸之间的关系，发现气雾化法制备灰铸铁粉末时的冷却速率可以达到104℃/s～106℃/s，远远大于铸铁凝固时石墨组织析出所需的冷却速度。所以亟待开发一种新的粉末制备方法来制备价格低廉、流动性能良好的含石墨的灰铸铁喷涂粉末，为热喷涂制备低成本、良好减磨性能的灰铸铁涂层提供保障。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法。利用该方法制备的灰铸铁粉末中含有石墨组织，该灰铸铁粉末能够满足等离子喷涂灰铸铁涂层使用，以提高铝合金气缸发动机的减磨性能，使其在更苛刻的条件下使用，并延长其使用寿命。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制备灰铸铁块体坯料：首先设计灰铸铁的化学成分为Fe-(3.8～4.2)wt％C-(1.5～3.8)wt％Si-(0.6～0.9)wt％Mn-(1～4)wt％Al-(0.01～0.03)wt％RE，然后按设计成分称取Fe、C、Si、Mn、Al和RE后放入中频感应炉内，再加入孕育剂，接着在氩气气氛、温度为1500℃的条件下进行熔炼，之后以2℃/s～30℃/s的冷却速率进行冷却，得到含石墨组织的灰铸铁块体坯料；步骤二、对步骤一中所述灰铸铁块体坯料进行机械切削，得到切削碎末，然后对切削碎末进行筛分，得到粒度为0.6mm～1.2mm的前驱体粉末；步骤三、对步骤二中所述前驱体粉末进行球磨，得到磨粉；所述球磨的方式为湿磨，所述球磨的溶剂介质为无水乙醇，所述溶剂介质的加入量为球料总质量的1.5wt％；步骤四、对步骤三中所述磨粉进行筛分，得到粒度为0.04mm～0.12mm、含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体。上述的一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述孕育剂为稀土硅钙，所述孕育剂的加入量为Fe、C、Si、Mn、Al和RE总质量的0.3％。上述的一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，步骤三中所述球磨的具体过程为：先在球料质量比为(5～10)﹕1、球磨速率为400r/min的条件下球磨5h，然后在球料质量比为(15～20)﹕1、球磨速率为400r/min的条件下球磨10h。上述的一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，步骤三中球磨所采用的磨球由直径为10mm的大规格磨球、直径为8mm的中规格磨球和直径为6mm的小规格磨球按数量比1﹕2﹕3组成。上述的一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，所述大规格磨球、中规格磨球和小规格磨球的材质均为不锈钢。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：由于目前热喷涂用铸铁粉末主要通过气体或水雾化法制备。这两种方法使熔滴发生快速凝固通常只能得到白口组织，难以在粉体中析出石墨。本专利技术基于“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制备灰铸铁块体坯料：首先设计灰铸铁的化学成分为Fe‑(3.8～4.2)wt％C‑(1.5～3.8)wt％Si‑(0.6～0.9)wt％Mn‑(1～4)wt％Al‑(0.01～0.03)wt％RE，然后按设计成分称取Fe、C、Si、Mn、Al和RE后放入中频感应炉内，再加入孕育剂，接着在氩气气氛、温度为1500℃的条件下进行熔炼，之后以2℃/s～30℃/s的冷却速率进行冷却，得到含石墨组织的灰铸铁块体坯料；步骤二、对步骤一中所述灰铸铁块体坯料进行机械切削，得到切削碎末，然后对切削碎末进行筛分，得到粒度为0.6mm～1.2mm的前驱体粉末；步骤三、对步骤二中所述前驱体粉末进行球磨，得到磨粉；所述球磨的方式为湿磨，所述球磨的溶剂介质为无水乙醇，所述溶剂介质的加入量为球料总质量的1.5wt％；步骤四、对步骤三中所述磨粉进行筛分，得到粒度为0.04mm～0.12mm、含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体。

【技术特征摘要】
1.一种含石墨组织的热喷涂用灰铸铁粉体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制备灰铸铁块体坯料：首先设计灰铸铁的化学成分为Fe-(3.8～4.2)wt％C-(1.5～3.8)wt％Si-(0.6～0.9)wt％Mn-(1～4)wt％Al-(0.01～0.03)wt％RE，然后按设计成分称取Fe、C、Si、Mn、Al和RE后放入中频感应炉内，再加入孕育剂，接着在氩气气氛、温度为1500℃的条件下进行熔炼，之后以2℃/s～30℃/s的冷却速率进行冷却，得到含石墨组织的灰铸铁块体坯料；步骤二、对步骤一中所述灰铸铁块体坯料进行机械切削，得到切削碎末，然后对切削碎末进行筛分，得到粒度为0.6mm～1.2mm的前驱体粉末；步骤三、对步骤二中所述前驱体粉末进行球磨，得到磨粉；所述球磨的方式为湿磨，所述球磨的溶剂介质为无水乙醇，所述溶剂介质的加入量为球料总质量的1.5wt％；步骤四、对步骤三中所述磨粉进行筛分，得到粒度为0.04mm～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢亚哲，王强，何力，冯潇，史娜，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61