一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料及其制备方法。首先使用喷雾干燥的方法制备出NiTi合金与TiB2陶瓷复合的粉末颗粒。原料粉包含TiB2粉末、金属Ni粉末和TiH2粉末三种，其中TiB2粉末约占总质量的60％，金属Ni粉末约占总质量的18.5％～22.5％，TiH2粉末占总质量的17.5％～21.5％。干燥后的粉末在惰性气环境下进行热处理之后，使用等离子喷涂技术在金属基材表面喷涂NiTi合金陶瓷复合涂层，等离子喷涂的参数为：喷涂距离100mm，氩气流量30SLPM，氢气流量12SLPM，电流500A，电压60～70V，送粉速率35g/min。所制备的涂层中主要物相为TiB2相和NiTi相，涂层平均显微硬度达到868.6(Hv0.05)，较之于传统的NiTi合金涂层有显著的提高。

NiTi alloy and TiB2 ceramic composite coating material and preparation method thereof

The invention discloses a composite coating material of NiTi alloy and TiB2 ceramic and a preparation method thereof. Firstly, powder particles of NiTi alloy and TiB2 ceramics were prepared by spray drying method. The raw powder consists of TiB2 powder, metal Ni powder and TiH2 powder. TiB2 powder accounts for 60% of the total mass, metal Ni powder accounts for 18.5% ~ 22.5% of the total mass, and TiH2 powder accounts for 17.5% ~ 21.5% of the total mass. NiTi alloy ceramic composite coating was sprayed on the surface of metal substrate by plasma spraying after heat treatment in inert gas. The parameters of plasma spraying were: spraying distance 100 mm, argon flow rate 30 SLPM, hydrogen flow rate 12 SLPM, current 500 A, voltage 60-70 V, powder feeding rate 35 g/min. The main phases of the coatings are TiB2 phase and NiTi phase. The average microhardness of the coatings reaches 868.6 (Hv 0.05), which is significantly higher than that of the traditional NiTi alloy coatings.

【技术实现步骤摘要】
一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料及其制备方法
本专利技术属于工程材料表面防护领域，涉及一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料及其制备方法，具体涉及了一种使用喷雾干燥法进行复合粉末的团聚，使用等离子喷涂制备NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层的工艺制备方法。
技术介绍
NiTi形状记忆合金具有优良的形状记忆效应、超弹性、高阻尼性能，以及良好的耐腐蚀性和优异的生物相容性。尤其是近等原子比的NiTi合金有优异的抗空蚀性能，作为涂层材料，应用于螺旋桨、水轮机、液压泵等液体过流部件表面，可以延长设备使用寿命，减少经济损失。然而，NiTi合金一般多采用熔炼方式制备块材，难以作为涂层应用，另外，NiTi合金的硬度偏低，使得它在一些耐磨场合的应用受到了限制，而TiB2陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨性和高模量特性，被广泛应用于耐冲击装甲、切削工具、耐磨涂层等领域。将NiTi合金与TiB2陶瓷进行复合，可以兼顾NiTi合金的超弹性、高阻尼性以及TiB2硬度高、耐磨性好的优点，而NiTi合金超弹性的特点，又能抵消纯TiB2陶瓷脆性大的缺点。本专利技术提出了一种易于实现的、低成本的、高体积分数陶瓷相增强的NiTi合金涂层材料及涂层制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种NiTi合金与TiB2陶瓷进行复合的涂层材料及其制备方法，该方法具有成本低，操作简单，易于实现的特点。根据本专利技术的一个方面，提供了一种TiB2-NiTi金属陶瓷涂层材料的制备方法，采用喷雾干燥法制备金属陶瓷复合粉末，使用TiB2粉末质量分数为60％，Ni粉末质量分数为18.5％～22.5％，TiH2粉末质量分数为17.5％～21.5％。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种TiB2-NiTi金属陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于以高纯度，1～5μm的TiB2粉末、2～4μm的Ni粉末和1～3μm的TiH2粉末为原料，采用二流式气动喷雾干燥技术制备团聚烧结型热喷涂粉末。团聚烧结型粉末经过热处理具有一定的结合强度，适用于等离子喷涂工艺。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种NiTi合金与陶瓷进行复合的涂层的制备方法，其特征在于使用本专利技术制备的45μm～90μm粒度范围的TiB2-NiTi团聚粉末作为等离子喷涂材料，采用等离子喷涂的方式达到快速冷却的效果，使得最终涂层的粘结相为NiTi相。附图说明图1喷雾干燥制备的TiB2-NiTi粉末的形貌图图21200℃热处理TiB2-NiTi(Ti含量为17.5％)XRD曲线与TiB2-TiNi涂层(Ti含量为17.5％)的表面形貌图图31200℃热处理TiB2-NiTi(Ti含量为19.5％)XRD曲线与TiB2-TiNi涂层(Ti含量为19.5％)的表面形貌图图41200℃热处理TiB2-NiTi(Ti含量为21.5％)XRD曲线与TiB2-TiNi涂层(Ti含量为21.5％)的表面形貌图图5等离子喷涂TiB2-TiNi涂层的XRD曲线具体实施方式本专利技术选用1～5μm的TiB2粉末、2～4μm的Ni粉末和1～3μm的TiH2粉末为原料。在此基础上进行优化设计，具体内容如下：1.一种NiTi合金与陶瓷复合的涂层材料及其制备方法，组成成分及质量百分比含量：TiB2质量百分比含量60％，Ni质量百分比含量18.5％～22.5％，TiH2质量百分比含量17.5％～21.5％。采用喷雾干燥的方法制备团聚烧结型颗粒。2.为了使添加粉末混合均匀，采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为270r/min，球磨时间5h。3.等离子喷涂的工艺参数，喷涂距离100mm，氩气流量30SLPM，氢气流量12SLPM，电流500A，电压60～70V，送粉速率35g/min。1.所述TiB2粉末材料粒径为1-5μm。2.镍元素采用镍粉，颗粒粒径2～4μm。3.钛元素采用氢化钛粉，颗粒粒径1～3μm。以下实施例阐明了本专利技术的具体内容，但本专利技术决非局限于以下实施例。实施例1：粉末制备：TiB2质量百分比：60％，Ni质量百分比：22.5％，TiH2质量百分比：17.5％。将优化好的粉末混料均匀后加入去离子水与分散剂、粘结剂。有机分散剂PAANH4的质量为混合粉末质量的0.8％，有机粘结剂PVA的质量为混合粉末质量的1％。采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为270r/min，球磨时间5h。喷雾干燥机入口温度为190℃～200℃，出口温度为120℃～130℃，喷雾干燥机蠕动泵转速为6r/min，气体压力为0.5MPa，气体流量为1.5m3/h。对粉末在惰性气氛下进行热处理。热处理升温速率5℃/min，450℃、700℃和1200℃分别保温1小时，氩气气氛保护。以下实施例热处理方式均相同。涂层制备：喷涂设备为Metco9Mb等离子喷涂系统，等离子喷涂的工艺参数，喷涂距离100mm，氩气流量30SLPM，氢气流量12SLPM，电流500A，电压60～70V，送粉速率35g/min，喷涂厚度控制在280～300μm。对实施例1制备的粉末和涂层进行表面形貌观察以及XRD衍射分析。所制备的涂层中主要物相为TiB2相和NiTi相，涂层平均显微硬度达到868.6(Hv0.05)以上，较之于传统的NiTi合金涂层有显著的提高。以下实施例效果均类似，不再赘述。实施例2：粉末制备：TiB2质量百分比：60％，Ni质量百分比：20.5％，TiH2质量百分比：19.5％。将优化好的粉末混料均匀后加入去离子水与分散剂、粘结剂。有机分散剂PAANH4的质量为混合粉末质量的0.8％，有机粘结剂PVA的质量为混合粉末质量的1％。采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为270r/min，球磨时间5h。喷雾干燥机入口温度为190℃～200℃，出口温度为120℃～130℃，喷雾干燥机蠕动泵转速为6r/min，气体压力为0.5MPa，气体流量为1.5m3/h。对粉末在惰性气氛下进行热处理。涂层制备：喷涂设备为Metco9Mb等离子喷涂系统，等离子喷涂的工艺参数，喷涂距离100mm，氩气流量30SLPM，氢气流量12SLPM，电流500A，电压60～70V，送粉速率35g/min，喷涂厚度控制在280～300μm。对实施例2制备的粉末和涂层进行表面形貌观察以及XRD衍射分析。实施例3：粉末制备：TiB2质量百分比：60％，Ni质量百分比：19.5％，TiH2质量百分比：21.5％。将优化好的粉末混料均匀后加入去离子水与分散剂、粘结剂。有机分散剂PAANH4的质量为混合粉末质量的0.8％，有机粘结剂PVA的质量为混合粉末质量的1％。采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为270r/min，球磨时间5h。喷雾干燥机入口温度为190℃～200℃，出口温度为120℃～130℃，喷雾干燥机蠕动泵转速为6r/min，气体压力为0.5MPa，气体流量为1.5m3/h。对粉末在惰性气氛下进行热处理。涂层制备：喷涂设备为Metco9Mb等离子喷涂系统，等离子喷涂的工艺参数，喷涂距离100mm，氩气流量30SLPM，氢气流量12SLPM，电流500A，电压60～70V，送粉速率35g/min，喷涂厚度控制在280～300μm。对实施例3制备的粉末和涂层进行表面形貌观察以及XRD衍射分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料的制备方法，其特征在于：复合粉末中包含粒径分布1～5μm的TiB2粉末、2～4μm的金属Ni粉末和1～3μm的TiH2粉末，TiB2粉末占总质量的60％，Ni粉末占总质量的18.5％～22.5％，TiH2粉末占总质量的17.5％～21.5％；采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为270r/min，球磨时间5h；然后使用喷雾干燥并热处理的方法制备NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料和使用等离子喷涂方法制备涂层。

【技术特征摘要】
1.一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料的制备方法，其特征在于：复合粉末中包含粒径分布1～5μm的TiB2粉末、2～4μm的金属Ni粉末和1～3μm的TiH2粉末，TiB2粉末占总质量的60％，Ni粉末占总质量的18.5％～22.5％，TiH2粉末占总质量的17.5％～21.5％；采用球磨机对混料进行低速球磨，球磨速度为270r/min，球磨时间5h；然后使用喷雾干燥并热处理的方法制备NiTi合金与TiB2陶瓷复合的涂层材料和使用等离子喷涂方法制备涂层。2.根据权利要求1所述的一种NiTi合金与TiB2陶瓷复合粉末材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，赵传星，丁影影，李玉涛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11