眾所周知，在基底，通常是金屬基底上噴涂氧化鉻能顯著改進表面的硬度和耐磨性。為此，印花輥或輪轉凹印輥上常常噴有氧化鉻涂層，容易受到磨損的許多部件，如泵體、連桿、輥和印刷輥上也使用氧化鉻涂層。這些部件可噴涂后就使用，也可以再進行后續加工過程，如研磨或拋光。印刷輥通常還要進行激光雕刻加工，按一定圖案形成承載油墨的小單元。涂層可用許多種技術施涂，但Z常用的是熱噴涂方法，它將陶瓷顆粒注射到射向基底的等離子體流中。等離子體流的熱量將陶瓷顆粒熔化，在沖擊到基底上時，它們形成高度均勻而連續的陶瓷層，該陶瓷層能保護涂有這種陶瓷層的基底，使其具有陶瓷的表面硬度和耐磨性。

但有一個問題，基底上熱噴涂了氧化鉻粉后，部分氧化鉻會與氧和氧化鉻中的雜質反應，產生毒性很強的六價鉻化合物。六價鉻化合物會在例如熱噴涂陶瓷粉時的高溫下形成。六價鉻化合物似乎在火焰中，特別是外焰部分形成。外焰部分中的材料加熱到的溫度不太夠，粘附到噴涂表面的程度因此也不夠。結果是，粉末中有很多六價鉻化合物沒有粘附，而是留下來參與循環或被拋棄，從而帶來嚴重的環境問題。

在測定此效應發生程度的實驗中，熱噴氧化鉻粉中六價鉻的量經測定為39ppm，而熱噴在基底上的粉末涂層中，其濃度為10ppm。但是，對于過噴涂樣品，六價鉻的量在470-8800ppm之間變化。氧化鉻(Cr2O3)在高于1000℃的溫度下，在氧存在條件下轉化為六價態，但冷卻后又轉化為氧化鉻。但如果存在堿金屬或堿土金屬雜質，或本領域已知的某些其他雜質，鉻就形成復合物，反而能穩定六價鉻。

因此，急需一種新型涂層材料，它不像目前基于氧化鉻的耐磨涂層粉末那樣，在使用于熱噴方法中時容易氧化生成六價鉻，而且不會顯著損失常規氧化鉻涂層那樣的硬度和耐磨性。

發明概述由于α氧化鋁和氧化鉻(此詞在這里僅指Cr2O3態)具有相同的六方晶格結構，而且晶格參數極其相近，人們都知道含有這兩個物質的晶體結構非常穩定。就兩種氧化物各自可占據另一種氧化物的六方晶格的相同位置而形成固溶體而言，可以說這兩種氧化物彼此“互溶”?，F在發現，氧化鋁能非常有效地抑制六價鉻物質的形成，特別是在基本上不含堿金屬和堿土金屬的情況下，這兩種物質能促進此六價鉻產物的形成。但也可以使用含有少量六價鉻穩定劑的氧化鉻源來抑制六價鉻的形成。

因此，本發明涉及基本上呈單相的可熱噴粉末，它包含45-100％氧化鉻和相應地高達55％氧化鋁(所有比例都基于重量)，以及低于200ppm，宜低于50ppm的一種或多種六價鉻穩定劑。

在存在氧化鋁的情況下，至少90％的氧化鋁宜為α相，因為此種氧化鉻/氧化鋁晶體結構中較少出現晶格不均勻性。因此，術語“基本上呈單相”在此用來描述本發明粉末時，允許粉末中存在10wt％以下的非α相。

已知堿金屬和堿土金屬能穩定六價鉻化合物，雖然它們以痕量存在于氧化鉻中，它們在用常規技術制備的α氧化鋁中卻相當普遍地存在。在常規氧化鋁中，鈉比其他堿金屬或堿土金屬氧化物更多量地存在。在某些情況下經證實，以γ氧化鋁前體形式，如γ氧化鋁、κ氧化鋁、δ氧化鋁、勃姆石、三水合氧化鋁及其混合物，單獨或與氧化鋁一起啟動該方法更好。這些的前體制得時形式常含有非常少量的會導致六價鉻形成的雜質。與非常純的α氧化鋁相比，勃姆石中的這些雜質含量通常如下氧化鈉-27ppm而不是50ppm；氧化鎂—22ppm而不是78ppm；氧化鉀—低于1ppm而不是68ppm；氧化鈣—低于1ppm而不是104ppm。因此很清楚，就減少這些穩定六價鉻的物質而言，使用勃姆石具有顯著的好處。勃姆石與氧化鉻粉末一起煅燒后，產生氧化鉻/氧化鋁單相晶體。使用勃姆石時，由于它在煅燒時有約28wt％的損失，加入的量需要調整，使得α氧化鋁和氧化鉻在Z終產物中的比例在所需范圍內。

本發明基本上呈單相的可熱噴結晶粉末可用任何合適的熱處理技術制備，例如，用電弧將各組分熔合在一起，將各組分粉末燒結起來，在溶膠方法中混合各前體，然后干燥并煅燒凝膠，或者使它們通過等離子體熔合。但是，較好用燒結各組分粉末混合物的方法制備，溫度為1250-1500℃，宜為1300-1450℃。一般地，煅燒時間(包括常規升溫階段、煅燒溫度下的保持時間和降溫階段)需要10-40小時，宜為15-30小時。煅燒時間很大程度上取決于煅燒溫度，煅燒溫度越低，得到所需結果時間一般越長。如果氧化鋁原料是初始態勃姆石，通常需要在溫度范圍內的高端溫度使它完全轉化為α形式。這主要是因為只有α形式具有與氧化鉻相匹配的晶體結構。如果過渡態氧化鋁太多(即約超過氧化鋁總量10wt％)，則產物無法達到基本上呈單相的晶體結構。此外，如果氧化鉻的粒徑與α氧化鋁的粒徑在同一數量級或更大，則氧化鉻沒那么容易進入氧化鋁晶格，在煅燒溫度下需要更長的時間。

當α氧化鋁的粒徑大于氧化鉻的粒徑時，對粉末混合物煅燒特別有效，因為小氧化鉻顆粒很容易進入α氧化鋁晶格，產生單相晶體粉末材料。在此過程中，氧化鋁顆粒的d50可為氧化鉻d50的5-20倍，宜為2-15倍。但這并不重要，已經發現，當它們的粒徑相比反過來，即氧化鉻顆粒具有更大的粒徑范圍時，此過程同樣有效?？刂旗褵郎囟鹊母叩秃挽褵龝r間的長短是控制產生的氧化鉻/氧化鋁晶體尺寸的有效方法。因此，較長的加熱時間或較高的溫度都能將晶體尺寸從亞微米級有效提高至少一個數量級。

當與氧化鉻混合的氧化鋁組分是勃姆石時，其粒徑通常與氧化鉻大致相同甚至還小一點，但煅燒形成α氧化鋁時發生的聚集通常能得到上述有利的d50關系。

附1是顯示各種涂層樣品的耐磨性的條形圖。

發明詳述現在結合以下一些實施例介紹本發明，這些實施例意在說明本發明的原理和它在生產耐磨性良好的涂層表面方向的應用。

用溶膠法制備高純α氧化鋁，分析其雜質含量，發現含有以下雜質氧化鈉50ppm；氧化鎂78ppm；氧化鉀68ppm；氧化鈣104ppm。在此α氧化鋁粉末的粒徑分布中，d10為5.08微米；d50為16.08微米；d90為29.2微米。然后將此粉末與具有以下粒徑分布的精細氧化鉻顆?；旌蟙10為0.94微米；d50為1.77微米；d90為4.44微米。所有粒徑用Microtrac測定系統獲得。

然后以50∶50的重量比混合這些粉末，在1350℃煅燒，煅燒時間約20小時。煅燒結束后，粒徑分布如下d10為5.58微米；d50為17.18微米；d90為37.75微米。

將此粉末熱噴在基底上，其孔隙率為5％，這與單獨噴涂氧化鉻粉末時相同。Vickers硬度為1183kg/mm2，而單獨用氧化鉻得到的硬度為1257kg/mm2。

在以50∶50的重量比含α氧化鋁和氧化鉻的本發明另一個粉末樣品中，粉末含3ppm六價鉻，過噴粉末含5ppm六價鉻。粒徑分布如下d10為14.78微米；d50為28.30微米；d90為48.98微米。

比較了四種熱噴涂層的耐磨性。本發明粉末包含重量比為50/50的單晶相α氧化鋁/氧化鉻混合物(50A-C)。將它與兩個僅用純氧化鉻的涂層(C1和C2)和一個僅用純α氧化鋁(A)的涂層進行了比較。所用測試方法見ASTM G65研磨測試。表明50A-C涂層比氧化鋁更耐磨，稍遜于僅用氧化鉻的涂層。

權利要求

1.基本上呈單相的可熱噴粉末，它包含45-100％氧化鉻和相應高達55％氧化鋁，這些百分數都基于重量，還包含低于200ppm的任意一種能有效穩定六價鉻的化合物。

2.如權利要求1所述的粉末，其特征在于所述穩定化合物選自堿金屬和堿土金屬的化合物，其含量小于50ppm。

3.如權利要求1所述的粉末，其特征在于α氧化鋁的含量約50-30wt％。

4.如權利要求1所述的粉末，其特征在于顆粒的d50為5-200微米。

5.生產可熱噴粉末的方法，包括混合氧化鋁粉末和氧化鉻粉末，氧化鋁粉末中堿金屬和堿土金屬氧化物雜質的各自含量均不超過120ppm，氧化鉻粉末同樣含少于120ppm能有效穩定六價鉻的任何雜質；這兩種粉末以合適比例混合，以便煅燒后得到含45-99wt％氧化鉻和55-1wt％α氧化鋁、基本上呈單相的結晶粉末；在1300-1500℃煅燒混合物，得到所述基本上呈單相的結晶粉末。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于α氧化鋁的d50粒徑為氧化鉻粉末d50的5-20倍。

7.如權利要求5所述的方法，其特征在于氧化鋁粉末選自α氧化鋁、γ氧化鋁、κ氧化鋁、δ氧化鋁、勃姆石、三水合氧化鋁以及它們的混合物。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于與氧化鉻粉末混合的氧化鋁粉末是勃姆石。

9.如權利要求5所述的方法，其特征在于氧化鉻和氧化鋁所含堿金屬和堿土金屬雜質的量均不超過50ppm。

全文摘要

特別適用于在基底上熱噴耐磨涂層的顆粒，它們具有基本上呈單相的晶體結構，包含45－100wt％氧化鉻和相應0－55wt％α氧化鋁。