一种钛铝基金属间化合物多孔换热表面的制备方法技术

一种钛铝基金属间化合物多孔换热表面的制备方法，属于金属间化合物技术领域。本发明专利技术的步骤包括：（1）将Ti粉、Al粉和Nb粉按照原子百分比（Ti-(43~50)Al-（0～10）Nbat.%）混合，并将粉料进行烘干处理，制成冷喷粉料；（2）将金属基板进行打磨、清洗处理，将冷喷粉料一次性沉积到金属基板上；（3）再次采用三阶段烧结工艺进行真空保温烧结，即可在金属基体上制得TiAl基合金多孔层。本发明专利技术优点在于，可将混合金属粉直接喷涂在金属板（管）外表面上，工艺简单、高效，易于大批量生产换热板（管）。制备出的TiAl基多孔涂层，厚度及孔隙均匀，涂层坚固，不易脱落，适用于化工、石油、冶金、海水淡化和高温换热等领域的板式或管式换热器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属间化合物
，特别是提供了，涉及换热技术。具体是结合冷喷涂与粉末冶金烧结工艺制备TiAl基金属间化合物外表面多孔层的方法。
技术介绍
目前，在换热
，人们通过改变换热表面结构和特殊处理换热表面来强化传热，而多孔表面由于具有独特的传热机理和传热性能引起了广泛的关注。基于多孔强化沸腾传热的机理，烧结型表面多孔管的传热系数可比普通光管的传热系数至少提高10倍， 而其有效温差仅为普通光管的1/7 1/8，普通光管经烧结制成多孔表面管后可以有效提高光管的抗结垢性能。另外，在制备光管表面多孔涂层的技术中，化学腐蚀与火焰喷涂制备的多孔涂层，成本高，涂层不稳定且厚度与孔隙率不易控制；机械加工法制备的多孔涂层无法加工出很小的孔隙，而且工艺相对复杂，表面多孔层孔径不均勻，复制性差(刘阿龙、徐宏等，换热器烧结型表面多孔管综述，石油化工设备. 2005，(34) 1: 47-49 )；普通涂覆烧结法制备的多孔涂层，易于开裂、剥落(刘阿龙、徐宏等，表面多孔换热管结垢特性研究现状，石油机械. 2008，(36)5: 61-65 )；传统换热器通常采用不锈钢、镍合金、蒙乃尔合金和铜铝合金，由于材料的原因，污垢容易沉积在换热面上使热阻增加，导致传热性能下降 (马晓驰，国内外新型高效换热器，化工进展. 2001, 1: 49-51 )。基于上述制备方法的缺点，我们提出结合冷喷涂与真空烧结的方法，基于Kirkendall效应造孔，在纯Ti、 TiAl合金板(管)上制备出一层均勻的、孔隙率可控以及涂层厚度可控的TiAl金属间化合物多孔涂层，由于金属间化合物材料的耐腐蚀、耐高温特性，可以采用高温烧结或酸洗的方式来防止结垢的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种TiAl基金属间化合物多孔换热表面的制备方法。 采用该方法可以更方便快捷的制备强化换热多孔涂层，制备出的多孔涂层拥有细小均勻的微米级(IMflTlOOMffl)孔径，孔隙率可达209Γ40%，并且多孔涂层与基体能产生良好的结合。本专利技术采用的技术方案是1)将Ti粉、Al粉和Nb粉按照原子百分比(Ti-^T50)A1- (0 10) Nb at. %)配料， 然后将各粉末放入V型混料机中混合5 8小时，取出粉末干燥后作为冷喷粉料。2)将步骤(1)所制备的混合冷喷粉料置于喷射成形机的喷粉装置，将纯Ti或 TiAl合金基体进行打磨，再进行超声波清洗处理，然后将冷喷粉料采用冷喷涂的方式一次性沉积到纯Ti或TiAl合金基体上，冷喷工作温度为300 500°C，采用氮气或氩气气氛喷涂。3)将步骤(2)中样品置于真空烧结炉中，采用三阶段烧结工艺第一步在120 150°C保温30 60min ；第二步升温至550 600°C保温120 180min ；第三步升温至1300 1400°C保温180 300min。在真空保温烧结过程后，随炉冷却，在纯Ti、TiAl合金基体上制得一层均勻的TiAl基金属间化合物多孔涂层。所述Ti粉的粒度为25Mm 150Mm，Al粉的粒度为25Mm 150Mm，Nb粉的粒度为小于25Mm。所述纯Ti或TiAl合金基板打磨到1500#砂纸。所述纯Ti或TiAl合金基体为板材或管材。与现有技术相比，本专利技术的特点在于(1)制备出的金属间化合物多孔涂层具有TiAl基金属间化合物密度小(3. 9g/ cnT4. 2g/cm3)、力学性能优异(孔隙率为37. 02%时，室温拉伸强度可达175MPa)和抗氧化性能优异(可在800°C长期抗高温氧化)，耐酸碱腐蚀性强等特点，所以可用于特殊的服役环境，如海水淡化、特殊换热介质的换热以及用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业领域。(2)制备出的TiAl基多孔涂层的多孔骨架，具有传统钛铝基合金所具有的两相片层结构，Y-TiAVa2-Ti3Al片层结构，孔隙均勻，孔径呈正态分布。(3)采用冷喷涂与真空烧结方式制备TiAl基多孔涂层，可以通过调节粉末粒径和气压控制材料的孔径分布，以适用不同的应用要求。采用此种方式制备的多孔涂层与金属基体结合良好。(4)由于TiAl基多孔涂层，是利用Ti和Al之间的偏扩散而造孔，不需要添加任何造孔剂，并可将混合金属粉直接喷涂在纯Ti、TiAl合金板(管)外表面上，冷喷涂过程中一次成型，无任何污染，从而避免了传统的脱除造孔剂环节，节约能源，操作简单，方便，高效， 适宜于大批量生产换热器的多孔涂层。附图说明图1为TiAl基金属间化合物多孔层制备工艺2为TiAl基金属间化合物多孔层微观截面图图3为TiAl基金属间化合物多孔层Y -TiAl/ α 2-Ti3Al片层组织形貌图。 具体实施例方式实施例1 采用粒度均为75 150 μ m的Ti粉和Al粉，粒度为5 25 μ m的Nb粉， 按Ti-43Al-6Nb (at. %)成分进行配比，放入V型混料机中混合7小时。混合均勻后，在真空下充分干燥以获得冷喷粉料。将Ti-48Al-6Nb (at. %)基板进行砂纸打磨到1500#砂纸，再进行超声波清洗、干燥处理。随后将粉料置于喷射成形设备中，采用氮气气氛，氮气加热温度为400°C，喷枪与Ti-48Al-6Nb (at. %)基板距离为15mm，喷枪相对基板移动速度是500mm/min，其工作原理图见图1。喷涂完毕可获得一层近乎致密的TiAl-Nb粉料涂层， 将此样品置于真空反应炉烧结。烧结采用三阶段反应合成工艺，真空气氛，真空度控制在 IX 10^1 X 10 .脱气温度为130°C，保温时间40min；低温反应烧结温度为600°C，保温时间为120min;高温烧结为1400°C，保温时间为180min。反应完毕后，随炉冷却。由此获得的TiAl基金属间化合物多孔涂层，具有孔隙分布均勻，大小不一而且呈迷宫式的孔结构， 烧结体骨架由片层组成，孔隙分布其间。多孔涂层孔隙率为25 30%，开孔率为95 98%，孔径范围为1 10 μ m，涂层厚度为0. 4 0. 6mm。实施例2 采用粒度均为40 75 μ m的Ti粉和Al粉，按Τ -48Α1 (at. %)成分进行配比，放入V型混料机中混合8小时。混合均勻后，在真空下充分干燥以获得冷喷粉料。 将纯Ti基板进行砂纸打磨到1500#砂纸，再进行超声波清洗、干燥处理。随后将粉料置于喷射成形设备中，采用氮气气氛，氮气加热温度为400°C，喷枪与纯Ti基板距离为20mm， 喷枪相对基板移动速度是500mm/min。喷涂完毕可获得一层近乎致密的TiAl粉料涂层， 将此样品置于真空反应炉烧结。烧结采用三阶段反应合成工艺，真空气氛，真空度控制在 IX 10^1 X 10 .脱气温度为120°C，保温时间30min；低温反应烧结温度为600°C，保温时间为120min ；高温烧结为1300°C，保温时间为180min。反应完毕后，随炉冷却。由此获得的钛铝基金属间化合物多孔涂层，具有孔隙分布均勻，大小不一而且呈迷宫式的孔结构(见图2)，烧结体骨架由^/02片层组成(见图3)，孔隙分布其间。多孔涂层孔隙率为22 25%， 开孔率为95 98%，孔径范围为1 5 μ m，涂层厚度为0. 4 0. 6mm。实施例3 采用粒度均为75 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种钛铝基金属间化合物多孔换热表面的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：１）　将Ｔｉ粉、Ａｌ粉和Ｎｂ粉按照原子百分比Ｔｉ－（４３～５０）Ａｌ－（０～１０）Ｎｂ　ａｔ．％配料，然后将各粉末放入Ｖ型混料机中混合５～８小时，取出粉末干燥后作为冷喷粉料；２）　将步骤１）所制备的混合冷喷粉料置于喷射成形机的喷粉装置，将纯Ｔｉ或ＴｉＡｌ合金基体进行打磨，再进行超声波清洗处理，然后将冷喷粉料采用冷喷涂的方式一次性沉积到纯Ｔｉ或ＴｉＡｌ合金基体上，冷喷工作温度为３００～５００℃，采用氮气或氩气气氛喷涂；３）　将步骤２）中样品置于真空烧结炉中，采用三阶段烧结工艺：第一步在１２０～１５０℃保温３０～６０ｍｉｎ，第二步升温至５５０～６００℃保温１２０～１８０ｍｉｎ，第三步升温至１３００～１４００℃保温１８０～３００ｍｉｎ，在真空保温烧结过程后，随炉冷却，在纯Ｔｉ、ＴｉＡｌ合金基体上制得一层ＴｉＡｌ基金属间化合物多孔涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林均品，杨帆，张来启，郝国建，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11