一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末、制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末、制备及应用，复合粉末包含99.5

【技术实现步骤摘要】
一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末、制备及应用


[0001]本专利技术涉及材料表面防护技术的热喷涂材料，特别涉及用于超音速火焰喷涂复合粉末、具体的制备方法及具体应用。

技术介绍

[0002]超音速火焰喷涂是一种常用的喷涂技术，由于所制备的涂层组织结构致密，氧化物含量低，涂层结合强度高等优点被广泛应用于工业生产中。由于喷涂设备以及喷涂技术的限制，用于进行超音速火焰喷涂的粉末需要较高的圆整度以及严格控制粒径分布（20
‑
45 μm），防止粉末堵塞送粉管道与喷枪导致设备损坏。随着复合材料的不断发展，研究人员发现纳米材料（石墨烯、碳纳米管、MXene等）的添加会提高复合材料的抗磨损、耐腐蚀或者防污性能。越来越多的研究人员希望利用超音速火焰喷涂制备高性能的复合涂层，从而将这些性能优良的复合涂层应用在工业生产中，但是这一研究也存在很多困难。
[0003]在块体的含纳米添加材料的复合材料制备过程中往往使用粉末冶金法，由于可以不考虑粉末形貌对块体材料的影响，可以使用高能球磨法将粉末与纳米添加材料均匀分散，但是对用于超音速火焰喷涂的粉末，这种工艺会使粉末破碎造成无法喷涂。在一些研究中通过降低机械混合的强度保证粉末的粒度与圆整度从而利用超音速火焰喷涂技术制备了复合涂层[Y.S. Wu, D.C. Zeng, Z.W. Liu, et al. Microstructure and sliding wear behavior of nanostructured Ni60
‑
TiB
2 composite coating sprayed by HVOF technique [J]. Surf. Coat. Technol. 206 (2011) 1102
‑
1108.]，然而这种工艺仍然存在缺陷，较低的机械混合强度会造成纳米添加材料粉末的团聚，此外机械混合多数是利用粉末与纳米添加材料之间的范德华力使纳米添加材料吸附在粉末表面，这种较低的结合力会使复合粉末表面的纳米添加材料在筛分与喷涂过程脱落团聚，降低复合涂层的性能。除此之外，部分研究利用喷雾造粒法制备复合粉末并且制备复合涂层，这种工艺所制备的粉末球形度高，筛分后可以得到用于超音速火焰喷涂用的粉末，但是这种制备方法仍然存在缺陷：首先，喷雾造粒设备成本较高；其次，喷雾造粒利用高温瞬间蒸发液滴中的水分使粉末保证高圆整度，这也会使粉末中的纳米添加材料发生氧化导致纳米添加材料损失；最后，喷雾造粒工艺会随着粉末组成相的改变而改变，需要较高的研发成本。因此，克服上述缺陷提出一种纳米材料均匀包覆的金属粉末或金属陶瓷粉末的工艺变得十分重要。
[0004]有鉴于上述现有复合粉末存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种复合粉末及其制备方法，通过工艺的优化，使得纳米材料均匀的包覆在金属粉末或者金属陶瓷粉末表面，利用镀层保护纳米材料减少对后续喷涂工艺的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末，纳米材料均匀的包覆在合金粉末或者金属陶瓷粉末表面，纳米材料表面还包裹一层均匀的合金保护层，
并且不会破坏粉末的圆整度。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：本专利技术提供的用于超音速火焰喷涂的复合粉末，在合金粉末或者金属陶瓷粉末表面包覆有纳米材料，包覆有合金粉末或者金属陶瓷粉末的纳米材料外表面通过化学镀镍保护材料表面；所述合金粉末或者金属陶瓷粉末含量为99.5
‑
99.95 wt.%，所述纳米材料的含量为0.05
‑
0.5 wt.%，镀镍层厚度为0.5
‑
3 μm。
[0007]在本专利技术中任何可以用于超音速火焰喷涂的合金粉末或者金属陶瓷粉末都可以用在复合粉末制备中。
[0008]作为优选的，合金粉末为常用的热喷涂合金粉末如铁基合金粉末、镍基合金粉末、钴基合金粉末、非晶合金粉末或高熵合金粉末等；具体的，如铁基合金粉末：Fe含量大于等于50 wt.%同时含有Cr、C、N、Ni、Ti、Mn、Nb、Mo、Si、Cu、Al、B等元素中的一种或者多种的合金粉末，如12Cr12、00Cr12、316L等；镍基合金粉末：Ni含量大于等于35 wt.%同时含有C、Cr、Ti、Mn、Fe、Nb、Mo、Si、Cu、W、B等元素中的一种或者多种的合金粉末，如Ni25、F103、Ni60等；钴基合金粉末：Co含量大于等于35 wt.%同时含有C、Cr、Ni、Ti、Mn、Nb、Mo、Si、Cu、W、Fe、B等元素中的一种或者多种的合金粉末，如Haynes 188、Haynes 25(L
‑
605)、Alloy S
‑
816等；高熵合金粉末：含有Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Mn、Nb、Mo、Si、Cu、B等元素中5种或5种以上的元素每种元素摩尔含量为5
‑
35 at.%）。
[0009]作为优选的，金属陶瓷粉末为常用的热喷涂粉末如WC基金属陶瓷粉末、Cr3C2基金属陶瓷粉末或陶瓷含量大于50 wt.%的金属陶瓷粉末；具体的如，WC基金属陶瓷粉末：WC含量大于等于50 wt.%粘结相为单一的Ni、Cr、Co、Fe、Mo或者含有以上金属组成的合金；Cr3C2基金属陶瓷粉末：Cr3C2含量大于等于50 wt.%粘结相为单一的Ni、Cr、Co、Fe、Mo或者含有以上金属组成的合金。
[0010]作为优选的，纳米材料为具有层片状结构或者纤维状结构的纳米增强相，如石墨烯、碳纳米管、MXene、片状MoS2、碳纤维、石墨片等；本专利技术将纳米添加材料均匀包覆在合金或者金属陶瓷粉末表面，结合力强，团聚程度低。
[0011]作为优选的，镀镍层组织结构致密，镀镍层中无贵金属靶材，镀镍前不需要对粉末表面进行粗化处理；镀镍溶液由六水合硫酸镍（20
‑
30 g/L）、二水合柠檬酸三钠（50
‑
70 g/L）、次亚磷酸钠（20
‑
30 g/L）、硼酸（25
‑
35 g/L）以及氢氧化钠（10
‑
20 g/L）组成，化学镀在75
‑
85 ℃下进行，最终得到可直接用于超音速火焰喷涂的复合粉末并得到性能优异的复合涂层。
[0012]本专利技术的第二个目的是提供一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末的制备方法。
[0013]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末的制备方法，包括如下操作步骤，S1.制备PVA（聚乙烯醇）溶液，将合金粉末或者金属陶瓷粉末与PVA溶液配制混合浆料，并抽滤后烘干，得到PVA处理后的粉末；S2.将纳米材料与去离子水混合配制分散液；S3.将S1制备的PVA处理后的粉末添加到去离子水中，并按照粉末质量的0.05
‑
0.5 wt.%添加含有同等质量纳米材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末，其特征在于：所述复合粉末为在合金粉末或者金属陶瓷粉末表面包覆有纳米材料，包覆有合金粉末或者金属陶瓷粉末的纳米材料外表面通过化学镀镍保护材料表面；所述合金粉末或者金属陶瓷粉末含量为99.5
‑
99.95 wt.%，所述纳米材料的含量为0.05
‑
0.5 wt.%，镀镍层厚度为0.5
‑
3 μm。2.根据权利要求1所述的用于超音速火焰喷涂的复合粉末，其特征在于：所述合金粉末为铁基合金粉末、镍基合金粉末、钴基合金粉末、非晶合金粉末或高熵合金粉末。3.根据权利要求1所述的用于超音速火焰喷涂的复合粉末，其特征在于：所述金属陶瓷粉末为WC基金属陶瓷粉末、Cr3C2基金属陶瓷粉末或陶瓷含量大于50 wt.%的金属陶瓷粉末。4.根据权利要求1所述的用于超音速火焰喷涂的复合粉末，其特征在于：所述纳米材料为具有层片状结构或者纤维状结构的纳米增强相。5.根据权利要求1所述用于超音速火焰喷涂的复合粉末，其特征在于：所述镀镍层组织结构致密，镀镍层中无贵金属靶材，镀镍前不需要对粉末表面进行粗化处理。6.根据权利要求1~5任一项所述的用于超音速火焰喷涂的复合粉末的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤，S1.制备PVA溶液，将合金粉末或者金属陶瓷粉末与PVA溶液配制混合浆料，并抽滤后烘干，得到PVA处理后的粉末；S2.将纳米材料与去离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪晟，魏峥，吴玉萍，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：