钼金属/合金的应用 —— 热喷涂
文摘
科学
2024-11-07 10:50
北京
热喷涂是一种通过在基材上喷涂熔融液滴产生新的工程表面的技术。热喷涂设备将涂层材料送入高温惰性气体或还原性气体的喷射流中，使其熔化和雾化并喷射到表面。熔滴在表面凝固形成表面涂层。涂层材料可以是丝状、棒状或粉末。金属、陶瓷和金属陶瓷均可采用热喷涂技术进行加工。喷涂的热源可以是火焰、电弧，甚至是受控爆炸。这种热源、载气、材料和材料形式的多样性导致了许多不同工艺的发展，包括火焰喷涂、线材喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂（HVOF）和等离子喷涂。涂层本身可以设计为赋予基材耐腐蚀性能、耐磨性能、摩擦控制和隔热性能等。在某些情况下，热喷涂还用于修复在使用中被磨损或侵蚀的部件区域。图1所示为现代热喷涂装置，使用复杂的数字控制操作多个喷枪。![]()
图1用于汽车气缸喷涂的成组自动旋转喷枪技术。虽然这不是钼喷涂的应用，但它说明了当前技术可能达到的复杂程度 ©Sulzer Metco
热喷涂金属钼涂层最初是采用线材喷涂技术开发的，该技术仍然使用大量的钼丝。近年来，粉末喷涂技术已逐渐取代金属丝喷涂。纯钼可作为喷涂涂层用于汽车和航空航天工业部件的摩擦控制。在这一领域，线材喷涂是最强的，这是基于过去的惯例和喷涂丝材仅有纯金属的事实。钼涂层主要用于轴颈、轴承轴和活塞环，采用丝材和粉末沉积工艺。
纯钼由于氧化问题，使用温度限制在300℃左右，因此通常与其他元素混合来生成钼合金涂层，或与镍等其他基材混合以增强涂层。
图2显示了热喷涂钼基合金粉末所得到的微观结构。当使用粉末喷涂设备时，以受控方式改变喷射气流中的进料成分可以产生复合涂层或分层涂层。![]()
图2 基材上的含钼热喷涂涂层©Mahle Group
喷涂所用的粉末与生产深加工产品的粉末明显不同。深加工产品从压制和烧结坯料开始，所以要求粉末压制到高密度，并生成强度足以承受工业处理的大型坯体。对于深加工产品而言，流动性不像坯体强度那么重要，因为通常采用手动而不是机械化设备将粉末填入模具。因此，最适合深加工产品的粉末往往是细颗粒的团块，在压制过程中产生紧密连接。喷涂所用粉末，如同自动压制工艺所用的粉末，对流动性有很高的要求。这个问题的解决方案类似于生产高速压制所用粉末的解决方案，但不完全相同。粉末进行喷雾干燥处理，但采用的是二钼酸铵水溶液而不是水基有机粘结剂。
喷雾干燥时，粉末/钼酸盐溶液形成球形液滴，随着液滴落到喷雾干燥室的底部，水分蒸发。与采用有机粘合剂的球形压制粉末不同，喷涂粉末与水分蒸发后留下的固体钼酸铵结合在一起。在氢气中加热钼/钼酸铵复合球形粉末，将钼酸盐还原为钼金属，并对球状粉末进行了部分烧结， 从而提供了必要的强度来承受运输、处理和热喷涂加工。图3显示了一种热喷涂粉末，它包含球形钼粉（“花边状”表面）和由熔融合金雾化产生的合金元素粉末（光滑表面）。![]()
图3 喷雾干燥的钼粉和合金粉末混合物，显示了球形颗粒的高流动性©H. C. Starck
热喷涂粉末有多种成分，适用于各种应用。表1总结了含钼热喷涂合金的相关信息，包括成分、粉末和涂层物理特性、应用和用户技术规格说明。
表1 钼基喷涂粉末的成分和典型应用
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国际钼协会 （IMOA） 是一个以科学为宗旨的非赢利性行业协会，成立于1989年。目前，其会员代表着全球90%以上的钼矿山产量和几乎全部的冶炼能力。国际钼协会具有前瞻性的市场开发项目，旨在提高人们对钼的认知，促进钼及含钼材料的应用。通过举办专题讲座和培训，提供技术咨询、出版技术手册、案例研究、行业简报和统计数据以及网站和微信公众号等途径，向制造商、工程师、设计师、材料决策者和广大公众介绍含钼材料的特性及适用性，宣传钼对于可持续发展的积极作用。我们资助科研项目，发现和开发新的应用领域或扩大现有的终端应用。我们还协调业内各方应对法规并利用严谨的科学依据促进法规的合理化。
