本發(fā)明屬于復(fù)合材料生產(chǎn)工藝中零部件制備領(lǐng)域，具體涉及一種梯度噴嘴的制備方法。

背景技術(shù)：

噴嘴是火焰噴涂或磨料射流加工等領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，要求噴嘴材料具有良好的抗高溫性能，高硬度，抗耐磨性，這些綜合性能直接影響到噴嘴的使用壽命及加工使用效果。傳統(tǒng)火焰噴涂噴嘴常采用黃銅噴嘴，其抗高溫性能差，磨料射流加工常采用陶瓷作為噴嘴材料，但陶瓷噴嘴材料的抗沖蝕磨損性能不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)噴嘴抗高溫性能差，抗沖蝕磨損性能差的問(wèn)題，提供一種梯度噴嘴的制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種梯度噴嘴的制備方法，包括如下步驟：

（1）按照梯度噴嘴的設(shè)計(jì)，將金屬粉末與陶瓷增強(qiáng)顆粒均勻混合，制備出2-15種不同陶瓷含量的復(fù)合粉末，并將所述復(fù)合粉末進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化；

（2）分別向步驟（1）中所得復(fù)合粉末中加入凝膠溶液，攪拌形成流動(dòng)性好的復(fù)合材料漿料；

（3）將所述復(fù)合材料漿料按照噴嘴的成分設(shè)計(jì)，加入固化劑后，依次倒入高速旋轉(zhuǎn)的立式離心成形機(jī)中；

（4）待固化結(jié)束，將得到的坯體進(jìn)行脫模、干燥、真空燒結(jié)處理，制得梯度噴嘴。

進(jìn)一步地，所述凝膠溶液的體積占復(fù)合粉末與凝膠溶液總體積的20%~60%。

進(jìn)一步地，所述金屬粉末為銅粉、彌散銅粉、鈦合金粉基、鈷粉、不銹鋼粉或鐵合金粉。

進(jìn)一步地，所述陶瓷增強(qiáng)顆粒為氧化鋁、碳化硅、碳化鎢或碳化鈦。

進(jìn)一步地，所述凝膠溶液包括有機(jī)成形劑與溶劑。

進(jìn)一步地，所述有機(jī)成形劑在凝膠溶液中的體積分?jǐn)?shù)為20%-70%；所述有機(jī)成形劑為甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；所述溶劑為甲苯或去離子水。

進(jìn)一步地，所述步驟（3）中，相鄰所述復(fù)合材料漿料倒入所述高速旋轉(zhuǎn)的立式離心成形機(jī)的間隔時(shí)間為1-2min。

進(jìn)一步地，所述步驟（4）中，梯度噴嘴的單層厚度為0.3mm-10mm，層數(shù)為2-15層。

進(jìn)一步地，所述高速旋轉(zhuǎn)的立式離心成形機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000-5000r/min

本發(fā)明中梯度噴嘴的單層的厚度可以通過(guò)計(jì)算控制，燒結(jié)后的單層厚度最薄可以做到0.3mm，最厚可以做到10mm，按照梯度層設(shè)計(jì)，逐層按成分添加，梯度層數(shù)可以達(dá)到10層以上，控制每層材料的中凝膠溶液的含量，使得各層在燒結(jié)收縮中的收縮率一致，減少或消除梯度層之間的內(nèi)應(yīng)力；并且凝膠溶液在燒結(jié)脫膠過(guò)程中很容易脫除掉，沒(méi)有雜質(zhì)殘留，從而制備出高性能的梯度噴嘴。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明一種梯度噴嘴的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，能耗小，制備出具有大高徑比的多層復(fù)合材料梯度噴嘴，并具有提高噴嘴熱穩(wěn)定性能，抗沖蝕磨損能力的特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明按照設(shè)計(jì)的梯度噴嘴的梯度層的層數(shù)、復(fù)合材料成分、單層厚度計(jì)算每層需要的復(fù)合材料漿料的體積，往金屬粉末中添加不同比例的陶瓷增強(qiáng)顆粒，按設(shè)計(jì)要求采用高能球磨制備出幾種不同陶瓷增強(qiáng)顆粒濃度梯度的復(fù)合粉末，分別向幾種復(fù)合粉末中加入凝膠溶液，制備成復(fù)合材料漿料，采用漿料離心成形；陶瓷增強(qiáng)顆粒優(yōu)選氧化鋁、碳化鎢和碳化鈦，混合到金屬粉末中起到增強(qiáng)作用；凝膠溶液中的溶劑在坯體固化后經(jīng)烘箱干燥揮發(fā)脫除，有機(jī)成形劑在燒結(jié)脫膠過(guò)程中很容易脫除掉，沒(méi)有雜質(zhì)殘留；固化劑選用常用固化劑，能夠使立式離心成形機(jī)中復(fù)合材料層在短時(shí)間內(nèi)固化，使固化后制備的坯體強(qiáng)度大于25mpa。

實(shí)施例1

（1）設(shè)計(jì)梯度噴嘴，從外層到內(nèi)層的成分依次為純cu、0.5wt%al2o3-cu、1.0wt%al2o3-cu、1.5wt%al2o3-cu、2.0wt%al2o3-cu、2.5wt%al2o3-cu，將相應(yīng)的金屬粉末與陶瓷增強(qiáng)顆粒均勻混合，制備出6種不同陶瓷顆粒增強(qiáng)顆粒含量的復(fù)合粉末，并將復(fù)合粉末進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，各層粉末的粒度均為325目；

（2）制備的噴嘴的外徑14mm，內(nèi)徑為5mm，高度為100mm，其中最內(nèi)層成分2.5wt%al2o3-cu的厚度為2mm，其他層為0.5mm，從外到內(nèi)依次各層復(fù)合粉末的加入量依次為18.9g、17.5g、16.1g、14.7g、13.3g、39.1g，相應(yīng)的依次加入凝膠溶液分別為0.44、0.45、0.46、0.48、0.51、0.52（凝膠溶液占復(fù)合粉末與凝膠溶液總體積的百分?jǐn)?shù)，%），均勻攪拌形成流動(dòng)性好的復(fù)合材料漿料，其中，凝膠溶液由體積分?jǐn)?shù)各為50%的甲基丙烯酸羥乙酯和甲苯混合而成；

（3）按照噴嘴的成分設(shè)計(jì)，按照陶瓷增強(qiáng)顆粒濃度由低濃度到高濃度的順序，加入固化劑后，將6種漿料依次倒入高速旋轉(zhuǎn)的立式離心成形機(jī)中，轉(zhuǎn)速為3000r/min，相鄰漿料倒入間隔時(shí)間為1分鐘，形成不同的復(fù)合材料層；

（4）待固化完成，將坯體脫模，60℃干燥2h，真空燒結(jié)400℃保溫2h，910℃保溫20min,制備得到6層彌散強(qiáng)化銅梯度噴嘴。

由以上方案制得的梯度噴嘴最終測(cè)得的整體體積收縮率為41.2%，硬度分布從外到內(nèi)依次為hv115，hv130，hv136，hv142，hv145，hv151。

實(shí)施例2

（1）設(shè)計(jì)鐵-碳化鎢梯度噴嘴，從外層到內(nèi)層的成分依次為純fe、4wt%wc-fe、7wt%wc-fe、10wt%wc-fe、13wt%wc-fe、16wt%wc-fe、19wt%wc-fe、21wt%wc-fe、24wt%wc-fe、27wt%wc-fe，將相應(yīng)的金屬粉末與陶瓷增強(qiáng)顆粒均勻混合，制備出10種不同陶瓷顆粒增強(qiáng)顆粒含量的復(fù)合粉末，并將復(fù)合粉末進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，各層復(fù)合粉末的粒度均為200目；

（2）制備的噴嘴的外徑10mm，內(nèi)徑為4mm，高度為100mm，梯度層厚度均為0.3mm，從外到內(nèi)依次各層粉末的加入量依次為7.19g、6.88g、6.53g、6.16g、5.78g、5.40g、4.99g、4.55g、4.12g、3.68g，相應(yīng)的依次加入凝膠溶液分別為0.36、0.36、0.37、0.38、0.39、0.41、0.43、0.45、0.47、0.48（凝膠溶液占復(fù)合粉末與凝膠溶液總體積的百分?jǐn)?shù)，%），均勻攪拌形成流動(dòng)性好的復(fù)合材料漿料，其中，凝膠溶液由體積分?jǐn)?shù)為40%的甲基丙烯酸羥乙酯和體積分?jǐn)?shù)為60%的甲苯混合而成；

（3）按照噴嘴的成分設(shè)計(jì)，按照陶瓷增強(qiáng)顆粒濃度由低濃度到高濃度的順序，加入固化劑后，將10種漿料依次倒入高速旋轉(zhuǎn)的立式離心成形機(jī)中，轉(zhuǎn)速為5000r/min，相鄰漿料倒入間隔時(shí)間為2分鐘，形成不同的復(fù)合材料層；

（4）待固化完成，將坯體脫模，60℃干燥2h，真空燒結(jié)400℃保溫1h，1220℃保溫20min,制備得到10層鐵-碳化鎢梯度噴嘴。

由以上方案制得的梯度噴嘴最終測(cè)得的整體體積收縮率為38.5%，硬度分布從外到內(nèi)依次為hrc45，hrc46，hrc48，hrc50，hrc52，hrc54，hrc57，hrc59，hrc62，hrc65。

實(shí)施例3

（1）設(shè)計(jì)高溫不銹鋼-碳化鈦梯度噴嘴，從外層到內(nèi)層的成分依次為10wt%tic-不銹鋼、20wt%tic-不銹鋼、40wt%tic-不銹鋼，將相應(yīng)的金屬粉末與陶瓷增強(qiáng)顆粒均勻混合，制備出3種不同陶瓷顆粒增強(qiáng)顆粒含量的復(fù)合粉末，并將復(fù)合粉末進(jìn)行高能球磨機(jī)械合金化，各層復(fù)合粉末的粒度均為150目；

（2）制備的噴嘴的外徑40mm，內(nèi)徑為5mm，高度為100mm，從外到內(nèi)梯度層厚度均為2.5mm、5mm、10mm，從外到內(nèi)依次各層粉末的加入量依次為218.72g、331.11g、299.09g，相應(yīng)的依次加入凝膠溶液分別為0.32、0.36、0.41（凝膠溶液占復(fù)合粉末與凝膠溶液總體積的百分?jǐn)?shù)，%），均勻攪拌形成流動(dòng)性好的漿料，其中，凝膠溶液由體積分?jǐn)?shù)為30%的丙烯酰胺和體積分?jǐn)?shù)為70%的去離子水混合而成；

（3）按照噴嘴的成分設(shè)計(jì)，按照陶瓷增強(qiáng)顆粒濃度由低濃度到高濃度的順序，加入固化劑后，將3種漿料依次倒入高速旋轉(zhuǎn)的立式離心成形機(jī)中，轉(zhuǎn)速為1000r/min，相鄰漿料倒入間隔時(shí)間為1.5分鐘，形成不同的復(fù)合材料層；

（4）待固化完成，將坯體脫模，60℃干燥2h，真空燒結(jié)400℃保溫3h，1320℃保溫20min,制備得到3層不銹鋼-碳化鈦梯度噴嘴。

由以上方案制備得到的梯度噴嘴最終測(cè)得的整體體積收縮率為36.2%，硬度分布從外到內(nèi)依次為hrc55，hrc60，hrc67。

通過(guò)本發(fā)明一種梯度噴嘴及其制備方法，制得的梯度噴嘴收縮率控制在20%-60%，每層均有良好的硬度性能，有效提高噴嘴熱穩(wěn)定性能，抗沖蝕磨損性能。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)、說(shuō)明書(shū)及其等效物界定。