本发明专利技术公开一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层及其制备方法。本发明专利技术是通过粉体复合处理，在平均粒径为3～5μm的TiB2颗粒表面均匀组装一层200～500nm厚度的金红石型TiO2，该TiO2层在等离子喷涂过程中优先熔融，阻隔空气对TiB2颗粒的氧化，沉积到基体后，优先熔融的TiO2填充到TiB2颗粒扁平化堆积的间隙中，可以降低涂层孔隙率，本发明专利技术所获得的二硼化钛复合陶瓷涂层成分均匀，结构致密，耐高温氟化熔盐腐蚀。
Titanium diboride coating with high temperature fluoridation molten salt corrosion and preparation method thereof
The invention discloses a titanium diboride composite ceramic coating resistant to high temperature fluoride molten salt corrosion and a preparation method thereof. The invention is to assemble a rutile-type titanium dioxide with thickness of 200-500 nm uniformly on the surface of TiB2 particles with average particle size of 3-5 micron by powder composite treatment. The titanium dioxide layer melts preferentially during plasma spraying, prevents the oxidation of TiB2 particles by air, and fills the preferred melted titanium dioxide into TiB2 particles flattening after depositing into the matrix. In the accumulated gap, the porosity of the coating can be reduced. The titanium diboride composite ceramic coating obtained by the invention has uniform composition, compact structure and high temperature resistance to fluoride molten salt corrosion.
【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛涂层及其制备方法，属于材料领域。
技术介绍
二硼化铁(TiB2)是六方晶系C32型结构的准金属化合物，其完整晶体的结构参数为在整个晶体结构中，硼原子面和钛原子面交替出现构成二维网状结构，钛原子层紧密堆积，硼原子是六配位并位于钛原子的三角棱柱的中心。其中B-外层有四个电子，每个B-与另外三个B-以共价键相结合，多余的一个电子形成空间离域大Π键。TiB2具有可与金属比拟的良好导电性(10-5Ω·m)，较强的耐氟化盐熔体腐蚀性能及优良的耐磨性，一直以来被广泛应用于苛刻环境中材料的表面防护。制备TiB2涂层的方法包括化学气相沉积、电极沉积、等离子喷涂。相比较下，等离子喷涂采用非转移等离子弧作为热源，具有非常高的能量密度和温度。等离子喷涂具有沉积速度快、生产效率高、涂层均匀性好、适用范围广等特点。但是，等离子喷涂制备的TiB2陶瓷涂层存在一些关键问题。一方面，喷涂过程中TiB2陶瓷易氧化分解，所生成的熔化产物(B2O3，熔点为450℃)在1000℃以上会大量挥发，致使涂层成分不均匀，结构性能下降。另一方面，陶瓷粒子在堆积形成涂层过程中，不可避免地产生较多裂纹，且涂层孔隙率较高，因而其耐蚀性无法保证。鉴于此，申请号为CN201610521817.2的专利技术专利“一种在金属表面制备硼化涂层的工艺方法”公布了一种结合了等离子喷涂与激光重熔处理两种技术优点的制备硼化涂层的工艺方法。采用后续的激光重熔处理，获得与基体呈冶金结合、致密的涂层。但该专利未涉及喷涂粉体TiB2的氧化分解问题。申请号为CN201610617312.6的专利技术专利“钛合金及钛铝金属间化合物表面硼化钛基涂层的制备方法”采用热喷涂方法直接喷涂经过喷砂处理的钛合金或钛铝金属间化合物工件表面，从而形成硼化钛基涂层。该专利技术旨在简化现有工艺复杂、成本明显增加等问题，未涉及喷涂粉体TiB2的氧化分解，及涂层致密性差等问题。
技术实现思路
本专利技术针对以上
技术介绍
中所阐述的不足，提出一种针对耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层的合理高效的制备方案：在平均粒径为3～5μm的TiB2颗粒表面均匀组装一层200～500nm金红石型TiO2，然后团聚，再喷涂涂层。一方面，该TiO2层在大气等离子喷涂过程中优先熔融，阻隔空气对TiB2颗粒的氧化；另一方面，沉积到基体后，优先熔融的TiO2填充到TiB2颗粒扁平化堆积的间隙中，降低孔隙率，提升涂层的热震性，致密性及耐高温熔盐腐蚀性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层，该涂层材料由95～99％质量的TiB2，1～5％质量的TiO2的构成，所述涂层可耐不超过1000℃度的氟化熔盐的腐蚀。所述的一种耐高温熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层的制备方法，该方法步骤包括：第一步，原料粉末的复合处理；(1)将预处理的TiB2粉体，钛醇盐与抑制剂加入醇溶液中，超声分散1h以上，配置成质量百分数为0.2～15％的分散液；(2)将0.2～0.4摩尔比钛醇盐的去离子水缓慢加入分散液，调节pH至2～3，同时控制反应温度为25～30℃并剧烈搅拌，反应完毕后陈化48～72h；(3)用无水乙醇将上一步的反应物洗涤分离，80℃干燥2h，然后再在300～500℃的温度下煅烧0.5～2小时，获得所需粉末。第二步，粉末的团聚造粒；(2)将上一步获得的粉体分散于去离子水中，依次加入分散剂及粘结剂，机械球磨分散4～8小时，配置成稳定的浆料，然后通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；第三步，二硼化钛复合陶瓷涂层的制备；(3)将基体除污清洗，表面喷砂粗化，以第二步中的团聚粉末为喂料，采用大气等离子喷涂技术，在基体表面喷涂涂层。所述的预处理TiB2粉体是经过盐酸、硫酸、硝酸、月桂酸、油酸、十六烷基三甲基溴化铵、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠的一种或几种的混合物的表面活化处理，表面处理后，TiB2粉体的平均粒度为3～5μm，表面电位为30～60mV。所述的钛醇盐是钛叔丁醇盐、钛异丙醇盐、钛正丁醇盐、钛正丙醇盐、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸四异丙酯的一种或几种的混合物。所述的抑制剂是冰醋酸、乙酰丙酮、乙酸、盐酸的一种或几种的混合物，抑制剂与钛酸盐的摩尔比为0.5～1.5。所述的复合处理后TiB2粉末颗粒表面均匀组装一层致密的金红石型TiO2，厚度为200～500nm。所述的团聚粉末结构松散，粒径为15～40μm。所述制备涂层的参数为：等离子喷涂净功率为30～60kW，等离子气体中氩气为20～60slpm，氢气为10～30slpm，送粉载气量2～5L/min，喷涂距离100～150mm。本专利技术的有益效果本专利技术制备的涂层可以有效的降低孔隙率，提升涂层的热震性，致密性及耐高温熔盐腐蚀性能。附图说明图1实施例1喷涂的二硼化钛复合陶瓷涂层断面的SEM背散模式照片：(1)316l不锈钢基体；(2)TiB2复合陶瓷涂层。图2对比例1氟化熔盐腐蚀后二硼化钛复合陶瓷涂层断面的SEM二次电子照片：(1)石墨基体；(2)TiB2复合陶瓷涂层；(3)氟化熔盐。具体实施方式实施例1第一步，原料粉末的复合处理；(1)取200g经六偏磷酸钠活化处理的TiB2粉体，200mL钛酸四丁酯与冰醋酸(钛酸丁酯与冰醋酸的摩尔比为1:1)加入1000mL无水乙醇溶液中，超声分散1h以上；(2)将去离子水(0.2摩尔比钛酸丁酯)缓慢加入分散液，盐酸调节pH至2.5，同时控制反应温度为25℃并剧烈搅拌，反应完毕后陈化48小时；(3)用无水乙醇将上一步的反应物洗涤分离，80℃干燥2h，然后再在500℃的温度下煅烧2小时，获得所需粉末。第二步，粉末的团聚造粒；(2)将上一步获得的粉体分散于去离子水中，依次加入分散剂及粘结剂，机械球磨分散4小时，配置成稳定的浆料，然后通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；第三步，二硼化钛复合陶瓷涂层的制备；(3)将316l不锈钢基体除污清洗，表面喷砂粗化，以第二步中的团聚粉末为喂料，采用大气等离子喷涂技术，在基体表面喷涂涂层。所用的喷涂参数为：等离子喷涂净功率为35kW，等离子气体中氩气为45slpm，氢气为10slpm，送粉载气量5L/min，喷涂距离120mm，所制备的复合陶瓷涂层的微观组织结构见说明书附图1。实施例2第一步，原料粉末的复合处理；(1)取200g经月桂酸活化处理的TiB2粉体，200mL钛酸异丙酯与适量的乙酰丙酮(钛酸丁酯与冰醋酸的摩尔比为1:1)加入1000mL无水乙醇溶液中，超声分散1h以上；(2)将去离子水(0.3摩尔比钛酸异丙酯)缓慢加入分散液，盐酸调节pH至2.5，同时控制反应温度为25℃并剧烈搅拌，反应完毕后陈化48小时；(3)用无水乙醇将上一步的反应物洗涤分离，80℃干燥2h，然后再在450℃的温度下煅烧2小时，获得所需粉末。第二步，粉末的团聚造粒；将上一步获得的粉体分散于去离子水中，依次加入分散剂及粘结剂，机械球磨分散4小时，配置成稳定的浆料，然后通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；第三步，二硼化钛复合陶瓷涂层的制备；将316l不锈钢基体除污清洗，表面喷砂粗化，以第二步中的团聚粉末为喂料，采用大气等离子喷涂技术，在基体表面喷涂涂层。所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层，其特征在于：该涂层材料由95～99％质量分数的TiB2，1～5％质量分数的TiO2的构成，所述涂层可耐不超过1000℃的氟化熔盐的腐蚀。
【技术特征摘要】
1.一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层，其特征在于：该涂层材料由95～99％质量分数的TiB2，1～5％质量分数的TiO2的构成，所述涂层可耐不超过1000℃的氟化熔盐的腐蚀。2.一种耐高温熔盐腐蚀的二硼化钛复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：由以下几个步骤组成：第一步，原料粉末的复合处理；(1)将预处理的TiB2粉体，钛醇盐与抑制剂加入无水乙醇溶液中，超声分散1h以上，配置成质量百分数为0.2～15％的分散液；(2)将0.2～0.4摩尔比钛醇盐的去离子水缓慢加入分散液，调节pH至2～3，同时控制反应温度为25～30℃并剧烈搅拌，反应完毕后陈化48～72h；(3)用无水乙醇将上一步的反应物洗涤分离，80℃干燥2h，然后再在300～500℃的温度下煅烧0.5～2小时，获得所需粉末；第二步，粉末的团聚造粒；(2)将上一步获得的粉体分散于去离子水中，依次加入分散剂及粘结剂，机械球磨分散4～8小时，配置成稳定的浆料，然后通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；第三步，二硼化钛复合陶瓷涂层的制备；(3)将基体除污清洗，表面喷砂粗化，以第二步中的团聚粉末为喂料，采用大气等离子喷涂技术，在基体表面喷涂涂层。3.如权利要求2所述的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：段晓华，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36
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