專利名稱：熱噴涂用TiB的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料的制備方法，屬于粉體加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TiB2具有高熔點、高硬度、低密度、耐磨性好、高的抗化學(xué)腐蝕性等諸多優(yōu)異性能，是繼WC、Cr3C2之后的高溫耐磨抗氧化材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備、冶金、刀具等領(lǐng)域。已成為熱噴涂表面改性研究的熱點材料。目前自蔓延高溫合成(SHS)法是國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)高純TiB2粉末的主要方式。但這種方式生產(chǎn)的粉末顆粒形狀不規(guī)則，粒徑細(xì)小，顆粒尺寸分布在0.1～5.0μm，流動性差，熱噴涂工藝中送粉極為困難。
從熱噴涂TiB2陶瓷涂層的研究歷史來看，TiB2常采用真空等離子噴涂或低壓等離子噴涂，這兩種噴涂方式成本高昂，且受真空室尺寸限制，不能噴涂大試樣。采用大氣等離子噴涂則是較經(jīng)濟(jì)的方式，然而在大氣條件下，TiB2在高溫等離子束流中的易氧化且飛行速度小，撞擊基體的動能低，導(dǎo)致與基體的結(jié)合差，沉積效率低，涂層孔隙率高。這些不利因素顯然影響涂層質(zhì)量和涂層應(yīng)用。
近年來的研究表明，1)TiB2熱噴涂粉末中適當(dāng)選擇添加劑，可改善涂層質(zhì)量。熱噴涂硼化物粉末中添加SiC在高溫下能改變硼化物陶瓷的氧化動力學(xué)特性，阻礙其氧化產(chǎn)物B2O3的高溫?fù)]發(fā)，使B2O3的起始揮發(fā)溫度從700K提高到1400K；MoSi2作為添加劑，在涂層中作為TiB2的粘結(jié)相，使涂層致密。2)熱噴涂納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層具有熱噴涂常規(guī)陶瓷涂層不可比擬的卓越性能。熱噴涂制備的陶瓷納米結(jié)構(gòu)涂層，孔隙率低，耐磨性提高，韌性提高，脆性下降。而納米粉末不能直接用于熱噴涂。把納米粉末重構(gòu)成微米級粉末是熱噴涂制備納米結(jié)構(gòu)涂層的最簡單快捷的方式，是當(dāng)前國內(nèi)外熱噴涂制備納米結(jié)構(gòu)涂層的主流方式。因而，選擇合適的添加劑，制備適合熱噴涂的TiB2粉末是獲得高質(zhì)量的熱噴涂TiB2涂層的前提。噴霧干燥造粒產(chǎn)品在顆粒形狀，粒徑分布，流動性等方面可滿足熱噴涂對粉末的物理性能要求，對噴霧干燥產(chǎn)品進(jìn)行熱處理能有效去除粉體中的有機活性劑，但在大氣加熱爐中，高溫條件下，TiB2粉末會氧化，真空熱處理能有效抑制氧化，保證TiB2粉的純凈，真空高溫處理后，顆粒中仍保存有部分納米級顆粒。選擇合適的噴涂工藝參數(shù)，熱噴涂TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料有望得到納米結(jié)構(gòu)的涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料的制備方法，使得制備的TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料粒徑均勻，流動性好，適用于熱噴涂。
為了獲得適合熱噴涂的TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料，本發(fā)明采用了如下步驟1)、將平均粒度小于5μm的亞微米級TiB2粉或納米級TiB2粉與粒度小于0.2μm的納米級SiC、MoSi2、Al2O3、MgO、ZrO2的一種或幾種按(97～60)∶(3～40)質(zhì)量比進(jìn)行混料，混料后加入表面活性劑，濕法球磨1.5h后20KHz超聲波處理15min獲得納微米懸濁液；2)、采用懸濁液恒溫50～75℃進(jìn)料，210～240℃的進(jìn)口溫度，送料速度控制在2～4L/hr，離心盤轉(zhuǎn)速控制在20000～35000r/min噴霧干燥懸濁液，獲得TiB2納微米結(jié)構(gòu)的團(tuán)聚粉；3)將噴霧干燥的團(tuán)聚粉置于真空度高于10-3Pa的真空擴散焊爐中，熱處理溫度1200～1400℃，保溫1.5～2.5小時，隨爐冷卻，得到熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料。
所述的表面活性劑是聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸氨、磷酸三丁酯、羧甲基纖維素之一，懸濁液中含量少于45g/L。
高效濕法球磨及超聲波處理得主要目的是獲得單相或多相分散均勻的懸濁液。
噴霧干燥送料過程中采用恒溫水浴50～75℃加熱懸濁液，可降低熱空氣與液料間的溫差，提高水分蒸發(fā)效率，獲得球形度高的團(tuán)聚粉。通過噴霧干燥處理，TiB2團(tuán)聚粉的粒度范圍在5～75μm。
真空熱處理的目的是去除噴霧干燥團(tuán)聚粉的殘余水分及表面活性劑，純化團(tuán)聚粉；同時使團(tuán)聚粉顆粒內(nèi)部的納米粒子之間在高溫下融合，提高團(tuán)聚粉的致密性，選擇合適的熱處理溫度和保溫時間，團(tuán)聚粉顆粒內(nèi)部納米粒子仍然保持納米尺寸。
利用本發(fā)明的方法制備的熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料，其粉體顆粒外觀是球形，粒度分布均勻，尺寸在5～75μm之間，單個球形顆粒內(nèi)部仍保持存在納米顆粒。經(jīng)振動篩分處理可得到不同粒度分布的粉體，其流動性在60～102s/50g，滿足熱噴涂對粉末的物理性能要求。


圖1利用本發(fā)明方法制備的TiB2/Al2O3納微米結(jié)構(gòu)喂料在掃描電子顯微鏡下觀察的形貌。
圖2利用本發(fā)明方法制備的TiB2/SiC納微米結(jié)構(gòu)喂料在掃描電子顯微鏡下觀察的形貌；圖3利用本發(fā)明方法制備的TiB2/SiC納微米結(jié)構(gòu)喂料在高分辨掃描電子顯微鏡下觀察的單個顆粒的表面形貌。
具體實施例方式
實施例1TiB2/Al2O3納微米結(jié)構(gòu)喂料的制備取粒度小于5μm的TiB2粉250g，粒徑范圍是80～200nm的Al2O3粉50g混合，進(jìn)行球磨，球磨介質(zhì)為去離子水，再加入含表面活性劑質(zhì)量為23g的去離子水溶液，配制成體積為1L的料漿，在高效立式球磨機中球磨1.5hr，再用20KHz的超聲波處理15min。這樣配制成具有一定黏度的懸濁液。在高速電動離心噴霧干燥設(shè)備中噴霧干燥已經(jīng)制備好的懸濁液。噴霧干燥參數(shù)選擇為空氣進(jìn)口溫度240℃，出口溫度為120℃；噴霧干燥送料過程中恒溫水浴50℃加熱懸濁液，送料速度控制在4L/hr，離心盤轉(zhuǎn)速控制在35000r/min.通過噴霧干燥處理，可獲得5～75μm的TiB2/Al2O3團(tuán)聚粉。團(tuán)聚粉在真空擴散焊爐中熱處理，真空度為10-3Pa，熱處理溫度為1200℃，保溫1.5小時，隨爐冷卻，即可獲得TiB2/Al2O3的納微米結(jié)構(gòu)喂料。
在掃描電子顯微鏡下觀察其形貌，從圖1中可以看出團(tuán)聚粉的形狀近似球形，顆粒尺寸分布在5～75μm間。利用振動篩分分級處理得到粒度分布在15～45μm的團(tuán)聚粉，用霍爾流動性檢測儀測試流動性，50g粉的流動時間為96～98s；粒度分布在45～75μm的團(tuán)聚粉，50g粉的流動時間為60～63s。
實施例2TiB2/SiC納微米結(jié)構(gòu)喂料的制備取粒度小于5μm的TiB2粉240g，粒徑小于80nm的SiC粉160g混合，進(jìn)行球磨1hr，球磨介質(zhì)為去離子水，再加入含表面活性劑質(zhì)量為32g的去離子水溶液，配制成體積為1L的料漿，在高效立式球磨機中球磨1.5hr，再用20KHz的超聲波處理15min。這樣配制成具有一定黏度的懸濁液。在高速電動離心噴霧干燥設(shè)備中噴霧干燥已經(jīng)制備好的懸濁液。噴霧干燥參數(shù)選擇為空氣進(jìn)口溫度210℃，出口溫度為130℃；噴霧干燥送料過程中恒溫水浴75℃加熱懸濁液，送料速度控制在2L/hr，離心盤轉(zhuǎn)速控制在25000r/min.通過噴霧干燥處理，可獲得5～75μm的TiB2/SiC團(tuán)聚粉。團(tuán)聚粉在真空擴散焊爐中熱處理，真空度為10-3Pa，熱處理溫度為1400℃，保溫2.5小時，隨爐冷卻，即可獲得TiB2/SiC的納微米結(jié)構(gòu)喂料。
在掃描電子顯微鏡下觀察其形貌，從圖2中可以看出團(tuán)聚粉的形狀近似球形，顆粒尺寸分布在5～75μm間。利用振動篩分分級處理得到粒度分布在15～45μm的團(tuán)聚粉，用霍爾流動性檢測儀測試流動性，50g粉的流動時間為101～102s。粒度分布在45～75μm的團(tuán)聚粉，50g粉的流動時間為76～78s。
以上分析表明本發(fā)明的方法制備的熱噴涂用TiB2納(微)米結(jié)構(gòu)喂料，其粉體顆粒外觀是球形，粒度分布均勻，尺寸在5～75μm之間，單個球形顆粒內(nèi)部仍保持存在納米顆粒，見附圖3。經(jīng)振動篩分處理可得到不同粒度分布的粉體，其流動性在60～102s/50g，滿足熱噴涂對粉末的物理性能要求。
權(quán)利要求
1.一種熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料的制備方法，其特征在于，采用了如下步驟1)、將平均粒度小于5μm的亞微米級TiB2粉或納米級TiB2粉與粒度小于0.2μm的納米級SiC、MoSi2、Al2O3、MgO、ZrO2的一種或幾種按(97～60)∶(3～40)質(zhì)量比進(jìn)行混料，混料后加入表面活性劑，濕法球磨1.5h后20KHz超聲波處理15min獲得納微米懸濁液；2)、采用懸濁液恒溫50～75℃進(jìn)料，210～240℃的進(jìn)口溫度，送料速度控制在2～4L/hr，離心盤轉(zhuǎn)速控制在20000～35000r/min噴霧干燥懸濁液，獲得TiB2納微米結(jié)構(gòu)的團(tuán)聚粉；3)將噴霧干燥的團(tuán)聚粉置于真空度高于10-3Pa的真空擴散焊爐中，熱處理溫度1200～1400℃，保溫1.5～2.5小時，隨爐冷卻，得到熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱噴涂用TiB2納微米結(jié)構(gòu)喂料的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑是聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸氨、磷酸三丁酯、羧甲基纖維素之一，在懸濁液中的含量少于45g/L。
全文摘要
一種熱噴涂用TiB
文檔編號C09D5/00GK1927511SQ20061011329
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者栗卓新, 程漢池, 李國棟, 李紅, 史耀武 申請人:北京工業(yè)大學(xué)