兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉及其制备方法技术

一种兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉及其制备方法，其特征是：它由质量百分比为0.5~1.5%纳米碳黑粉、0.5~1.5%纳米陶瓷粉和97~99%微米金属粉组成，各种组分之和为100%；并形成一种以微米金属粉为核、纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉为壳的核壳结构微纳粉；该微纳粉的制备过程，主要包括单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米陶瓷悬浮液的制备、碳黑和陶瓷双相纳米悬浮液的制备、微米金属粉的球形化预处理、碳黑和陶瓷双相纳米悬浮液和预处理后微米金属粉的球磨复合和球磨复合后微纳粉浆料的干燥。本发明专利技术制备的激光耐磨改性层具有小的摩擦系数和低的体积磨损率，且热影响区窄、组织细小致密、基本没有碳化物夹杂，具有较微米粉再制造更好的力学性能；同时，该微纳粉对激光具有很好的吸收率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属基微纳粉及其制备方法，尤其是一种双相纳米增强的金属基微纳粉及其制备方法，具体地说是一种。
技术介绍
近年来,一种构建介观(微纳米级)新物质的技术---微纳米颗粒复合技术，引起了国内外专家学者的重视。微纳米颗粒复合技术，是将纳米颗粒包覆于微米颗粒表面或使其弥散分布在微米颗粒中制备具有微纳协同多功能效应微纳复合粉体的技术。众所周知，激光表面改性的一个重要方面是提高基体材料的耐磨性。国内外最早将微纳米颗粒复合技术应用于激光表面改性的研究始于2004年前后。李明喜等，将纳米陶瓷或纳米稀土和钴基或镍基微米粉混合采用研磨的方法制备微纳粉，采用粘结预置式激光熔覆在碳钢基体上制备了钴基或镍基耐磨涂层；王宏宇等，基于ZL 200710024996. X (一种纳米陶瓷/微米金属复合粉体的机械制备方法)制备微纳粉，将纳米氧化铝、纳米碳化硅和纳米氧化铈三种纳米粉分别引入NiCoCrAH合金粉中，采用压片预置式激光熔覆在GH4033基体上制备了高温防护涂层，也表现出了不错的抗高温摩擦磨损性能(Transaction ofNonferrous Metals Society of China, 2011, 21 (6): 1322-1328);黎向锋等，提出将纳米氧化镧和纳米碳化鹤引入NiCoCrALY合金粉中的双相纳米颗粒增强型钛合金防护涂层及制备方法(申请号201210089983. 1)，其中纳米碳化钨的主要作用是抗磨。事实上，提高材料的耐磨性有两种途径即抗磨和减磨。此外，在现有激光加工过程中较为普遍地存在着激光能量利用率不高的问题，这里固然有激光工艺参数方面的影响，但更多是激光作用对象对激光的吸收率不高所致。碳黑是一种具有优异光谱吸收性能的黑色纳米粉体材料，被广泛地应用于着色剂和太阳能吸收涂层。与此同时，碳黑也是一种具有很好减磨性能的材料。然而，可能由于人们更多地关注了其强吸光性，据申请人所知，尚未有关于将碳黑引入微米粉制备微纳粉进而获得激光耐磨改性表面功能层的相关研究报道。因此，到目前为止，尚未有一种以纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉为增强组分的兼具有减磨和耐磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉及其制备方法可供使用，极大地限制了碳黑这一同时具有优异光谱吸收性能和减磨性能的纳米材料在激光加工
中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有激光加工
尚未有一种兼具有减磨和耐磨效果且对激光具有好吸收性的粉体材料可供使用这一问题，专利技术一种以纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉为增强组分的兼具有减磨和耐磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉及其制备方法，从而为激光加工技术提供一种具有优良品质的粉体材料。本专利技术的技术方案是一种兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉，其特征是它由质量百分比为0. 5^1. 5%纳米碳黑粉、0. 5^1. 5%纳米陶瓷粉和97、9%微米金属粉组成，各种组分之和为100%;纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉以镶嵌、粘附或化学键结合中的一种或几种包覆于微米金属粉表面，形成一种以微米金属粉为核、纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉为壳的核壳结构微纳粉。所述纳米碳黑粉，其特征是该纳米碳黑粉按照ASTMD-3849或GB/T 7046-2003标准检测的着色强度不低于120%，其平均粒径为ir22nm。所述纳米陶瓷粉其平均粒径为l(T50nm。所述纳米陶瓷粉最好为黑色碳化硅粉，以保证所制备金属微纳粉具有好的激光吸收性。所述的微米金属粉的平均粒径为5(r75i!m。微米金属粉为激光融覆中使用的铝 基、镍基、铁基或钛基金属粉。一种兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉的制备方法，其特征是该方法主要包括如下步骤 步骤1，将市购纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉分别制成分散稳定的单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米陶瓷悬浮液； 步骤2，按照所需配比称量单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米陶瓷悬浮液，将两者置于同一容器进行球磨混合处理，获得混合均匀的碳黑和陶瓷双相纳米悬浮液； 步骤3，将市购微米金属原粉进行球形化预处理，获得预处理后的微米金属粉； 步骤4，按照所需配比称量预处理后的微米金属粉，加入步骤2中已混合均匀的碳黑和陶瓷双相纳米悬浮液后进行球磨复合，获得碳黑/陶瓷双相纳米和微米金属复合的微纳粉浆料； 最后，将微纳粉浆料置于干燥箱中干燥，即可获得兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉。所述单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米陶瓷悬浮液采用相同的液体介质，以避免由于纳米碳黑和纳米陶瓷在不同液体介质体系中的分散及悬浮稳定性不同而引起制备双相纳米悬浮液时纳米颗粒产生沉降。所述单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米陶瓷悬浮液均最好采用无水乙醇作为液体介质，以保证所制备微纳粉浆料干燥后粉体不板结。所述球磨混合处理参数为球磨转速为500转/分钟、球料比5:1、球磨时间为I小时。所述球磨复合参数为球磨转速为100-300转/分钟、球料比5:1-10:1、球磨时间为0. 5-1. 5 小时。本专利技术的有益效果 (I)采用本专利技术所述兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉所制备的激光耐磨改性层具有很好的耐磨性。以实施例1为例，相同实验条件下，其体积磨损率仅为未加纳米粉的41. 9%，为仅添加纳米陶瓷粉的75%，可见碳黑起到了良好的减磨效果。(2)本专利技术所述兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉也表现出了很好的激光吸收率。在其他激光工艺参数不变的情况下，采用本专利技术所述微纳粉获得优良品质激光耐磨改性层所需激光功率较未加纳米粉的微米粉降低了 20%左右。采用本专利技术所述微纳粉对薄壁件进行再制造，可实现对基体的低热输入，进而达到再制造薄壁件控形和控性的目的。(3)本专利技术所述兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉具有典型的核壳结构，纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉以镶嵌、粘附或化学键结合中的一种或几种包覆于微米金属粉表面，微纳粉中不存在其他细微颗粒，可满足目前激光成形主流技术一直接送粉式激光成形技术输送粉体的要求，具有很强的工程实用性和很好的应用前景。(4)采用本专利技术所述兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉所制备的激光耐磨改性层的热影响区窄、组织细小致密、基本没有碳化物夹杂，具有较微米粉再制造更好的力学性能。附图说明图1是本专利技术所述微纳粉低倍SEM形貌。 图2是本专利技术所述微纳粉表面高倍SEM形貌。具体实施例方式下面结合附图及实例对本专利技术作进一步的说明。如图1、2所示。一种兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉，它由质量百分比为0. 5^1. 5%纳米碳黑粉、0. 5^1. 5%纳米陶瓷粉和97、9%微米金属粉组成，各种组分之和为100%;纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉以镶嵌、粘附或化学键结合中的一种或几种包覆于微米金属粉表面，形成一种以微米金属粉为核、纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉为壳的核壳结构微纳粉。所述的双相纳米增强金属基微纳粉的具体的制备步骤如下 首先，制备单相纳米碳黑悬浮液，制备时先从市场购置平均粒径为14 22nm、按照ASTMD-3849或GB/T 7046-2003标准检测的着色强度不低于120%的纳米碳黑粉进行干法球磨预处理，以打破其中原有大团聚体颗粒，从而保证碳黑粉体在乙醇或醇水混合溶液中具有良好分散性；按照碳黑粉体占碳黑浆料质量分数的0. 059T0. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼具减磨和抗磨效果的双相纳米增强金属基微纳粉，其特征是：它由质量百分比为0.5~1.5%纳米碳黑粉、0.5~1.5%纳米陶瓷粉和97~99%微米金属粉组成，各种组分之和为100%；纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉以镶嵌、粘附或化学键结合中的一种或几种包覆于微米金属粉表面，形成一种以微米金属粉为核、纳米碳黑粉和纳米陶瓷粉为壳的核壳结构的微纳粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏宇，刘桂玲，王荣，金镜，沈清，吴志奎，黄舒，程满，施森杰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：