一种热喷涂复合粉体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种热喷涂复合粉体及其制备方法和用途，所述热喷涂复合粉体按质量百分含量主要包括如下组分：NiCrAlY粉74.5～81.5％；Cr

Thermal spraying composite powder and preparation method and application thereof

The invention provides a thermal spraying composite powder, a preparation method and an application thereof, wherein the thermal spraying composite powder mainly comprises the following components: NiCrAlY powder 74.5 to 81.5%; Cr;

【技术实现步骤摘要】
一种热喷涂复合粉体及其制备方法和用途
本专利技术属于热喷涂
，尤其涉及一种热喷涂复合粉体及其制备方法和用途。
技术介绍
热喷涂粉末是由大量粉末粒子组成的一种分散体系。热喷涂粉末的制备方法多种多样，主要包括以下六种：气体雾化法、水雾化法、熔炼碎粉法、烧结粉碎发、聚合制粉法和包覆法。所述热喷涂粉末的制备方法可用于制造金属(合金)或陶瓷等各类粉末体系。通常需要根据粉末的结构和用途合理选择热喷涂粉末的制备方法。随着热喷涂涂层在各个领域的广泛应用，传统的单一或简单组分的热喷涂粉末材料已经不能满足某些特殊服役工况下涂层多元化的需求。因此，经常将两种或两种以上粉末制备成热喷涂混合粉体或热喷涂复合粉体。热喷涂混合粉体是指直接将各种单一组分的粉末放入搅拌球磨机中，在一定转速和球料比的工艺条件下，进行混粉所制备的粉体；热喷涂复合粉体是由两种或两种以上亚微米级(或纳米级)的不同性质的固相物质颗粒经一定工艺制备出的粉末颗粒。组成复合粉末的成分，可以是金属(合金)与金属(合金)、金属(合金)与陶瓷、陶瓷与陶瓷、金属(合金)与塑料等，范围十分广泛，几乎包括所有固态工程材料。常见的热喷涂复合粉体的制备方法有喷雾干燥法、烧结破碎法、熔融破损法和共沉积法。针对在高温、高速以及重载等苛刻工况条件下运转的机械零部件，它的摩擦磨损失效问题非常严重，往往要求表面防护涂层同时具有抗高温、耐磨损和固体润滑性能。一般来讲耐磨复合固体润滑涂层的粉体制备工艺是将粘结相粉末(用以提高涂层的结合强度，例NiAl、NiMoAl、NiCrAlY粉等)、硬质相粉末(用以提高涂层的耐磨性，例Cr3C2、Al2O3、Cr2O3等)和固体润滑相粉末(例MoS2、石墨、Ag等)直接进行机械混粉，然后进行喷涂施工。各种粉体的粒径大都在15-105μm之间，混合组元间的粒度可能相差较大。美国航空航天局NASA研究中心制备的PS系列涂层即是典型的耐磨复合固体润滑涂层(表1所示为PS100、PS200、PS300和PS400系列涂层的组成)。它们的粉体制备工艺均是采用机械混粉法。表1PS系列等离子喷涂涂层组分对照表涂层名称粘结相硬质相固体润滑相PS100NiCrGlassAg与BaF2/CaF2共晶体PS200NiCoCr3C2Ag与BaF2/CaF2共晶体PS300NiCrCr2O3Ag与BaF2/CaF2共晶体PS400NiMoAlCr2O3Ag与BaF2/CaF2共晶体CN104278226A公开了一种全金属相宽温域自润滑涂层的制备技术，涂层采用大气等离子喷涂技术制备，其喷涂粉末由NiCrAlY、Cr2O3、Ag和CaF2/BaF2共晶四种粉末通过机械混合制备得到；喷涂粉末中NiCrAlY粉末占60～80wt％，Cr2O3粉末占10～20wt％，Ag粉占5～10wt％，CaF2/BaF2共晶粉末占5～10wt％；NiCrAlY粉末粒径为30～100μm，NiCrAlY粉末中Ni含量为67％，Cr含量为22％，Al含量为10％，其余为Y；Cr2O3粉末为机械破碎粉末，其粒径为20～80μm；Ag粉为球形，粒径为80～120μm；CaF2/BaF2共晶粉末粒径为20～150μm。然而，用机械混粉法制备的热喷涂粉体有很多缺点，主要包括以下两个方面：(1)粉末混合不均匀：由于NiCrAlY、Cr2O3和Ag的密度分别为2.96g/cm3、5.2g/cm3、和10.5g/cm3，比重悬殊较大。因此，机械混粉对比重悬殊较大的粉末体系的均匀分散效果较差，进而影响所制备的涂层成分分布均匀性，使涂层整体性能降低；(2)Ag的升华：Ag的熔点为961.78℃，沸点也只有2262℃，而Cr2O3的熔点为2266℃；这就意味着，由机械混粉法制备的热喷涂混合粉体在进行热喷涂时，必须调整喷涂工艺参数，使Cr2O3粉体接近或达到熔融状态，但此时Ag粉体则因过高的温度而发生汽化；所形成的涂层含银量显著降低，从而使涂层的固体润滑效果变差。因此，近年来，制备含银涂层的热喷涂工艺逐渐由等离子喷涂(热源温度高达10000℃)过渡到超音速火焰喷涂(焰流温度在1000-2000℃)；此外，与喷涂混合粉末相比，喷涂复合粉末所制备的涂层性能优异，喷涂速率和沉积效率要高很多，组分和配比更容易调整，性能比较容易控制。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种热喷涂复合粉体及其制备方法和用途，所述热喷涂复合粉体的均匀程度高，分散性好，能够极大程度地降低喷涂过程中Ag的损失，使涂层的固体润滑性能得到充分发挥，特别适用于在高温、高速和重载等极端苛刻工况下运转的机械设备及构件的表面防护。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种热喷涂复合粉体，所述热喷涂复合粉体按质量百分含量主要包括如下组分：NiCrAlY粉74.5～81.5％Cr2O3粉13.5～16.5％Ag粉5～9％；其中，NiCrAlY粉、Cr2O3粉和Ag粉的平均粒径独立地小于5μm，如4.5μm、4μm、3μm、2μm、1μm、900nm、800nm、600nm、300nm、200nm、100nm、80nm、60nm、40nm或20nm等。所述热喷涂复合粉体按质量百分含量主要包括如下组分：NiCrAlY粉74.5～81.5％，如75％、76％、78％、80％或81％等；Cr2O3粉13.5～16.5％，如14％、14.2％、14.5％、14.8％、15％、15.2％、15.8％、16％或16.3％等；Ag粉5～9％，如5.5％、6.8％、7.0％、7.2％、8.3％或8.5％等。所述NiCrAlY粉中各金属的质量百分含量均大于0，且各金属的质量百分含量之和为100％，各金属的质量百分含量之比物特殊限制，所述NiCrAlY粉的平均粒径为800～1000nm，如820nm、850nm、880nm、900nm、920nm、950nm或980nm等。优选地，所述Cr2O3粉的平均粒径为60～100nm，如65、70、75、80、85、90或95等。优选地，所述Ag粉的平均粒径为800nm～1.2μm，如850nm、900nm、950nm、1.0μm或1.1μm等。所述NiCrAlY粉由球磨法制备得到。优选地，所述NiCrAlY粉由高能球磨机球磨得到。所述复合粉体的粒径大小为15～45μm，如20μm、25μm、30μm、35μm、40μm或42μm等。优选地，所述复合粉体通过喷雾干燥法制备得到。优选地，所述复合粉体通过离心式喷雾干燥机制备得到。本专利技术的目的之二在于提供一种热喷涂复合粉体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将NiCrAlY粉末进行球磨，得到平均粒径小于5μm的NiCrAlY粉；(2)将配方量的NiCrAlY粉与平均粒径独立地小于5μm的Cr2O3粉和Ag粉混合，得到混合粉体，将混合粉体进行喷雾干燥，得到热喷涂复合粉体。本专利技术实用喷雾干燥法制备NiCrAlY、Cr2O3和Ag的复合粉体，使具有亚微米(或纳米)级别的NiCrAlY、Cr2O3和Ag均匀散布在每个粉体中；这样制备出的复合粉末均匀程度高，分散性好；同时，亚微米级别的Ag在单个复合粉体中均匀分布，在喷涂过程中，只有复合粉体表面的Ag颗粒容易受本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热喷涂复合粉体，其特征在于，所述热喷涂复合粉体按质量百分含量主要包括如下组分：NiCrAlY粉   74.5～81.5％Cr

【技术特征摘要】
1.一种热喷涂复合粉体，其特征在于，所述热喷涂复合粉体按质量百分含量主要包括如下组分：NiCrAlY粉74.5～81.5％Cr2O3粉13.5～16.5％Ag粉5～9％；其中，NiCrAlY粉、Cr2O3粉和Ag粉的平均粒径独立地小于5μm。2.根据权利要求1所述的复合粉体，其特征在于，所述NiCrAlY粉的平均粒径为800nm～1000nm；优选地，所述Cr2O3粉的平均粒径为60nm～100nm；优选地，所述Ag粉的平均粒径为800nm～1.2um。3.根据权利要求1或2所述的复合粉体，其特征在于，所述NiCrAlY粉由球磨法制备得到；优选地，所述NiCrAlY粉由高能球磨机球磨得到。4.根据权利要求1-3之一所述的复合粉体，其特征在于，所述复合粉体的粒径大小为15～45μm；优选地，所述复合粉体通过喷雾干燥法制备得到；优选地，所述复合粉体通过离心式喷雾干燥机制备得到。5.根据权利要求1-4之一所述的复合粉体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将NiCrAlY粉末进行球磨，得到平均粒径小于5μm的NiCrAlY粉；(2)将配方量的NiCrAlY粉与平均粒径独立地小于5μm的Cr2O3粉和Ag粉混合，得到混合粉体，将混合粉体进行喷雾干燥，得到热喷涂复合粉体。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨采用湿磨；优选地，所述湿磨中不锈钢球、NiCrAlY粉和去离子水的按质量比为22.5～27.5:1:1.35～1.65混合，得到浆料；优选地，步骤(1)所述球磨开始后的10～20min内，向球磨体系中加入消泡剂；优选地，所述消泡剂的加入量占浆料总质量的0.049～0.060％；优选地，所述消泡剂为磷酸三丁脂；优选地，步骤(1)所述球磨在惰性气氛中进行；优选地，步骤(1)所述球磨结束前的2～3h内，向球磨体系中加入助磨剂；优选地，所述助磨剂的加入量为浆料总质量的0.018％；优选地，所述助磨剂为OP-10；优选地，步骤(1)所述球磨的转速为450～650rpm；优选地，步骤(1)所述球磨的时间为13～15h；优选地，步骤(1)所述球磨间隔进行：球磨0.5h，间隔0.5h后再继续球磨；优选地，步骤(1)所述球磨在高能球磨机上进行。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述喷雾干燥前，将混合粉体、去离子水和粘结剂按照质量比为28～32:66～70:1.8～2.2混合成浆料；优选地，所述粘结剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斗，马国政，何鹏飞，陈书赢，王海军，刘明，
申请(专利权)人：王海斗，
类型：发明
国别省市：北京,11