一种纳米复合结构喂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合结构喂料，其由TiB2和NiCrCoAlY经高能球磨法反应制成，其中TiB2和NiCrCoAlY的质量比是1:1.2‑2；制备方法包括以下步骤：1）将TiB2粉末和NiCrCoAlY粉末预混，得到混合粉；2）将混合粉进行湿磨，得到复合粉末A；3）将复合粉末A干燥，得到干燥的复合粉末A；4）将干燥的复合粉末A进行干磨，得到干燥的复合粉末B；5）将干燥的复合粉末B过滤，即得到纳米复合结构喂料。本发明专利技术制备的纳米NiCrCoAlY‑TiB2复合结构喂料复合效果好、流动性优异，可直接用于超音速火焰(HVOF)喷涂；制备方法简单易操作，对环境友好；制备得到的纳米NiCrCoAlY‑TiB2复合结构喂料各项性能优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米复合材料领域，具体的涉及一种纳米NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料及其制备方法。
技术介绍
WC在高温氧化条件下易于分解，WC涂层很难适用于450℃以上的耐磨场合；Cr3C2涂层的使用温度能达900℃，但Cr3C2本征硬度较低，耐磨性能不够理想。TiB2由于具有超高硬度（显微硬度34GPa）、高熔点(2980℃)、优异的抗高温氧化(空气中1000℃)等特性，使其具有极好的耐磨耐蚀和耐高温性能，TiB2-M 金属陶瓷复合涂层已被认为是替代传统涂层应用于450℃-1000℃高温耐磨场合的最佳候选涂层材料之一。TiB2是一种具有特殊物理性能与化学性能的陶瓷，具有高熔点、高硬度以及高的化学稳定性和良好的导电导热性能等优异特性，使其具有极好的耐磨耐蚀和耐高温性能，可望在众多工业领域替代WC和Cr3C2等耐磨材料，具有广泛的应用前景。作为Cr3C2和WC的一种潜在替代者，TiB2陶瓷不仅具有优异的力学性能，同时还具有良好抗高温氧化和耐腐蚀性能，使其成为制备金属基陶瓷复合涂层中的最佳增强候选材料。现有的研究结果表明，M-TiB2涂层如Fe(Cr)-TiB2涂层等具有比常规粗晶Cr3C2-NiCr和TiC-NiCr涂层更优的耐磨粒磨损性能，但TiB2的本征缺陷如高脆性、低疲劳极限和难烧结等限制了该类涂层性能的进一步提高。纳米化技术尤其是涂层纳米化可望很好地解决这一问题，它能够在很大程度上提高涂层的断裂韧性、疲劳抗性、强度和膜基结合力等，进而提高涂层的耐磨耐蚀及其它性能，成为热喷涂领域的重要发展前沿和研究热点。目前，制备热喷涂用纳米结构喂料的方法主要有两种：一是纳米颗粒重构法，二是高能球磨法。前者具有粉末利用率高，流动性好等优点，但粉末造粒后需热处理，在高温处理过程粉体晶粒尺寸易长大，难以维持在纳米尺度范围内，因而一定程度上限制了该制备方法的广泛应用。后者具有工序简单且无需对粉末进行热处理，从根本上避免了粉末中纳米晶粒在加热过程中易长大的难点，但在高能球磨过程中，粉体易受到磨球的污染以及最终获得的能直接用于喷涂的纳米结构喂料比例不够理想(需过筛，粉末利用率低)。因此，需要通过选择合适的磨球和优化球磨工艺，最大程度的降低磨球对粉末的污染和提高粉末的利用效率。目前，在制备纳米结构喂料方面，高能球磨技术有逐步取代纳米颗粒重构法的趋势。与常规涂层相比，纳米结构涂层由于本身的特殊性使得其具有更高的硬度、断裂韧性、耐磨性和耐腐蚀性等特点，在众多工业领域得到广泛的应用，而成功制备纳米结构涂层的关键之处在于如何制备具有纳米结构的喷涂喂料。纳米粉末不能直接用于热喷涂，这主要是因为：1)纳米粉末粒径太小，热喷涂过程中极易烧损；2) 纳米粉末比表面积大，化学活性高，易吸附在送粉管壁，造成送粉困难甚至堵枪。因此，通常情况下都需要经过特定的方法使其形成粒度在微米级别的适合热喷涂用的纳米结构喂料。本专利技术以高能球磨法制备纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉，可将其作为热喷涂用结构喂料，利用超音速火焰(HVOF)喷涂技术在中碳钢上制备出高质量的纳米复合涂层。与相同成分的常规微米复合涂层相比，纳米复合涂层的力学性能和耐磨耐蚀性能都得到了较大幅度的提高，具有很好的综合性能和使用价值，为高性能纳米涂层的制备和应用提供了新的途径和科学依据。
技术实现思路
本专利技术提供了一种复合效果好、流动性优异，可直接用于超音速火焰（HVOF）喷涂的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料及其制备方法，采用湿磨和干磨的相结合工艺，提高了制粉成功率和粉末利用率，该制备方法简单易操作，对环境友好，制备的纳米复合结构喂料性能优异。本课题采用高能球磨法技术制备适用于超音速火焰喷涂的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料，并采用Philips X Pert Pro M（Cu Kα）X-ray衍射仪（XRD）、NOVA NANOSEM 430高倍电镜（SEM）和LA-960S激光散射粒度分布分析仪等科研仪器对粉末的微观组织结构、物相组成以及粒度分布等性能进行表征和分析。本专利技术所采取的技术方案是，一种纳米复合结构喂料，所述的纳米复合结构喂料由TiB2和NiCrCoAlY经高能球磨法反应制成，其中TiB2和NiCrCoAlY的质量比是1:1.2-2。优选的，所述的高能球磨法包括湿磨和干磨两个过程，所采用的磨球为高碳铬磨球。制备纳米复合结构喂料的方法，包括以下步骤：1）将TiB2粉末和NiCrCoAlY粉末预混5-12h，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；2）将NiCrCoAlY-TiB2混合粉与高碳铬磨球放入球磨机中，再添加入过程控制剂，在氩气气氛中进行湿磨，得到复合粉末A；3）将复合粉末A在80-100℃下真空干燥2-3h，泠却至室温，得到干燥的复合粉末A；4）将干燥的复合粉末A与高碳铬磨球放入球磨机中，在氩气气氛中进行干磨，得到复合粉末B；5）将步骤4）得到的复合粉末B用筛网过滤，即得到纳米复合结构喂料。在步骤2）的湿磨和步骤4）的干磨过程中，为避免粉体被氧化，球磨要在氩气气氛保护下进行，可以放置于手套箱中进行；优选的，在球磨操作前的装粉入球磨机、添加过程控制剂的操作均在氩气气氛保护下进行，可以放置于手套箱中进行。湿磨结束后，将复合粉末A放入真空干燥箱干燥，使无水乙醇挥发。步骤4）中的干磨由于时间较短，释放的热量较少，因此，可不加入添加剂无水乙醇。优选的，步骤1）中的预混采用的混料机的转速为50-100r/min。优选的，步骤2）中的高碳铬磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:8-12。采用的高碳铬磨球是GCr15磨球，磨球的直径是5mm。优选的，步骤2）中的过程控制剂是无水乙醇，过程控制剂与混合粉末的质量比是0.3-0.6:1。优选的，在步骤2）中的湿磨中，球磨机转速是320-400r/min，球磨时间是15-20h，湿磨过程不间歇。采用的球磨机是KEQ-2L全方位行星式球磨机。优选的，步骤4）中高碳铬磨球与干燥的复合粉末A的质量比是1:8-12。优选的，在步骤4）中的干磨中，球磨机转速是200-250r/min，球磨时间是2-3h，每球磨50min后停机10min，再反向球磨50min，依次循环。干磨过程，球磨机要间歇运行，以防止过热而发生粉末结块甚至冷焊。优选的，步骤5）中的筛网过滤在真空下进行，先采用200目筛网过滤，再用500目筛网过滤。过筛过程，取的是200目和500目之间的粉末。本专利技术的有益效果是，（1）本专利技术采用高能球磨法制备的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料复合效果好、流动性优异，可直接用于超音速火焰(HVOF)喷涂；（2）制备方法简单易操作，对环境友好；（3）制备得到的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料性能优异，利用超音速火焰喷涂技术可在中碳钢上制备出高质量的纳米复合涂层。本专利技术的球磨过程分成两个阶段，即先进行湿磨再干磨，与传统制备工艺中只进行干磨的制备工艺相比，本专利技术增加了湿磨步骤，大颗粒在球磨介质研磨和冲击作用下出现裂纹，无水乙醇可以进入形成的裂纹缝隙，阻挡了裂纹的闭合，从而会有效地使裂纹快速扩展下去，大大提高球磨效率；而且，在干磨过程中容易发生结块，冷焊等问题，制粉成功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合结构喂料，其特征在于，由TiB2粉末和NiCrCoAlY粉末经高能球磨法反应制成，其中TiB2和NiCrCoAlY的质量比是1:1.2‑2。

【技术特征摘要】
1. 一种纳米复合结构喂料，其特征在于，由TiB2粉末和NiCrCoAlY粉末经高能球磨法反应制成，其中TiB2和NiCrCoAlY的质量比是1:1.2-2。2.根据权利要求1所述的纳米复合结构喂料，其特征在于，所述的高能球磨法包括湿磨和干磨两个过程，所采用的磨球为高碳铬磨球。3.一种制备权利要求1或2所述的纳米复合结构喂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将TiB2粉末和NiCrCoAlY粉末预混5-12h，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；2）将NiCrCoAlY-TiB2混合粉与高碳铬磨球放入球磨机中，再添加入过程控制剂，在氩气气氛中进行湿磨，得到复合粉末A；3）将复合粉末A在80-100℃下真空干燥2-3h，泠却至室温，得到干燥的复合粉末A；4）将干燥的复合粉末A与高碳铬磨球放入球磨机中，在氩气气氛中进行干磨，得到复合粉末B；5）将步骤4）得到的复合粉末B用筛网过滤，即得到纳米复合结构喂料。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德长，吴姚莎，王记中，
申请(专利权)人：广东正德材料表面科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44