專利名稱：一種含硼化物陶瓷的團(tuán)聚型復(fù)合熱噴涂粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含硼化物陶瓷的團(tuán)聚型復(fù)合熱噴涂粉末的制備方法，屬于粉體加工和熱噴涂陶瓷復(fù)合涂層領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于硼化物陶瓷具有比一般氧化物陶瓷，碳化物陶瓷更高的硬度，更穩(wěn)定的化學(xué)性能以及更優(yōu)良的耐磨耐蝕性能，含硼化物陶瓷復(fù)合涂層近年來(lái)被廣泛開(kāi)發(fā)和應(yīng)用于拉模鑄造零件(MoB，F(xiàn)e2B等)，鍍鋅沉沒(méi)輥(MoB等)，耐磨零件(TiB2, ZrB2等)等對(duì)表面耐磨和抵抗化學(xué)侵蝕有較高要求的特殊場(chǎng)合。熱噴涂(等離子噴涂，超音速火焰噴涂等)是一種制備陶瓷復(fù)合涂層的有效方法，它是利用某種熱源將噴涂粉末迅速加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)高速焰流噴射到基體 上形成強(qiáng)化表面的技術(shù)。采用熱噴涂技術(shù)制備涂層，熱噴涂粉末的性能是決定最后涂層的性能的關(guān)鍵因素之一，所以熱噴涂粉末的制備技術(shù)至關(guān)重要。噴霧干燥法是制備團(tuán)聚型復(fù)合熱噴涂粉末的主要方法，采用此方法制備的熱噴涂粉末結(jié)構(gòu)均勻，成分可調(diào)，流動(dòng)性好，利于提高粉末沉積率和涂層性能。經(jīng)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在已公開(kāi)的專利中(如CN101280129A，CN101884892A)，此類方法一般采用聚乙烯醇(PVA)做粘結(jié)劑制備料漿，然后經(jīng)噴霧干燥機(jī)噴霧得到。申請(qǐng)人前期已申請(qǐng)的專利技術(shù)(一種用于熱噴涂活塞環(huán)涂層的含TiB2金屬陶瓷復(fù)合粉末的制備方法，公開(kāi)號(hào)CN102581292A)也采用此粘結(jié)劑制備含TiB2金屬陶瓷復(fù)合粉末，但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)采用的傳統(tǒng)的聚乙烯醇(PVA)粘結(jié)劑在制備其他陶瓷料漿時(shí)，料漿性能穩(wěn)定，但在制備含硼化物陶瓷粉末的料漿時(shí)，容易與硼化物陶瓷粉末表面的B2O3產(chǎn)生凝膠化反應(yīng)，使料漿凝膠化，需要加熱至80°C以上才能夠解凝，且解凝效果很難控制，造成料漿不穩(wěn)定，進(jìn)料困難，影響復(fù)合粉末的性能。所以急需尋找一種或幾種替代PVA的粘結(jié)劑用于制備含硼化物陶瓷的前驅(qū)體料漿，并獲得相關(guān)的噴霧干燥及后續(xù)真空熱處理工藝，從而得到性能優(yōu)良的含硼化物陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末。本發(fā)明方法針對(duì)含硼化物陶瓷的團(tuán)聚型復(fù)合粉末的制備，可克服國(guó)內(nèi)外采用傳統(tǒng)PVA做粘結(jié)劑制備含硼化物陶瓷漿料時(shí)造成的漿料凝膠化等不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而提高含硼化物陶瓷復(fù)合粉末的出粉效率和性能，以利于進(jìn)一步制備出優(yōu)良性能的熱噴涂涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)PVA作為粘結(jié)劑在制備含硼化物陶瓷復(fù)合粉末方面的不足，提供一種采用其他粘結(jié)劑及相應(yīng)的噴霧干燥和熱處理工藝制備含硼化物陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末的方法。從而克服國(guó)內(nèi)外采用傳統(tǒng)PVA做粘結(jié)劑制備含硼化物陶瓷漿料時(shí)需要高溫加熱，并容易造成的漿料凝膠化等不穩(wěn)定的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)料漿中各成分分散均勻穩(wěn)定，料漿粘度合適，并可通過(guò)調(diào)整的噴霧干燥及熱處理工藝得到球形度好，致密度高，流動(dòng)性好，松裝密度高，粒度分布均勻，能適用于熱噴涂的含硼化物陶瓷復(fù)合粉末。
本發(fā)明具體包括以下步驟(I)首先根據(jù)熱噴涂復(fù)合粉末成分要求，將硼化物TiB2、ZrB2、Fe2B、MoB、WB粉末中一種或幾種與N1、Fe、Co、ZrO2, Al2O3粉末中的一種或幾種以質(zhì)量百分比25% 75%: 75% 25%的比例加入氧化鋯球磨罐內(nèi)，同時(shí)加入原粉質(zhì)量的120°/Γ150%的無(wú)水乙醇進(jìn)行混合球磨15 20小時(shí)，使上述物質(zhì)復(fù)合均勻，將球磨好的混合粉烘干，過(guò)篩分散后得到粒度小于3微米的粉末留用；(2)將上述過(guò)篩后的混合粉末與分散劑聚丙烯酸銨、檸檬酸銨、聚乙烯亞胺中的一種或幾種以及去離子水按一定比例混合放入球磨罐中球磨，去離子水的加入量為初始粉末質(zhì)量的45°/Γ200%，分散劑有效加入量為初始粉末質(zhì)量的O. 49Γ1. 6%，球磨f 2小時(shí)使各組分分散均勻后，加入粘結(jié)劑聚乙二醇、聚丙烯酸乳液中的一種或幾種繼續(xù)球磨5 10小時(shí)使料漿均勻穩(wěn)定，粘結(jié)劑有效加入量為初始粉末質(zhì)量的15°/Γ25% ;最后將料漿取出，若有氣泡產(chǎn)生，滴加正丁醇消泡劑，得到含硼化物陶瓷的復(fù)合粉末料漿；聚乙二醇優(yōu)選分子量 8000^20000； (3)利用噴霧干燥設(shè)備對(duì)上述料漿進(jìn)行噴霧干燥制粒，噴霧干燥設(shè)備進(jìn)口溫度為21(T300°C，出口溫度為9(Tl20°C，霧化盤(pán)頻率為15(Γ280Ηζ，得到噴霧干燥粉末；(4)利用Ar氣氛熱處理爐對(duì)噴霧干燥粉末進(jìn)行熱處理，在40(T50(TC低溫段保溫Γ2小時(shí)后繼續(xù)加熱到110(Tl300°C高溫段保溫2 5小時(shí)，然后7V /min冷卻到400°C后再隨爐冷卻；最后將粉末進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)處理，最終得到粒徑分布在15 45微米或45微米 125微米范圍內(nèi)的團(tuán)聚型含硼化物陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末。步驟(4)所述的低溫段溫度優(yōu)選450°C，所述的高溫段溫度優(yōu)選1300°C。本發(fā)明方法的技術(shù)特色主要是(I)配置含硼化物陶瓷復(fù)合粉末料漿時(shí)，采用聚丙烯酸銨、檸檬酸銨、聚乙烯亞胺等離子型分散劑并利用球磨機(jī)械分散的方法使粉體分散均勻。(2)配置含硼化物陶瓷復(fù)合粉末料漿時(shí)，采用先添加分散劑球磨使之在粉體表面吸附均勻后再添加粘結(jié)劑，避免分散劑和粘結(jié)劑在粉體表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附。并利用長(zhǎng)時(shí)間球磨的方法使料漿均勻穩(wěn)定。(3)配置含硼化物陶瓷復(fù)合粉末料漿時(shí)，采用易溶于常溫水溶液，低粘度，不會(huì)和B2O3發(fā)生凝膠化反應(yīng)的聚乙二醇和聚丙烯酸乳液中的一種或幾種作為粘結(jié)劑。(4)進(jìn)行噴霧干燥制粉時(shí)，采用不同的霧化盤(pán)轉(zhuǎn)速得到不同粒度的粉末。(5)進(jìn)行后續(xù)致密化處理時(shí)，采用惰性氣體Ar氣避免粉末氧化。熱處理時(shí)先升溫至有機(jī)物裂解溫度，保溫去除機(jī)物后再繼續(xù)升溫，避免有機(jī)物中的碳雜質(zhì)大量殘留影響進(jìn)一步燒結(jié)致密化。最終的燒結(jié)致密化溫度根據(jù)粉末中液相滲出溫度或出現(xiàn)燒結(jié)頸溫度變化。(6)本發(fā)明制備的前驅(qū)料漿穩(wěn)定性好，不絮凝不沉淀，不需高溫解凝，從而使制備的含硼化物陶瓷團(tuán)聚型粉末具有優(yōu)良的流動(dòng)性和松裝密度，優(yōu)于采用PVA做粘結(jié)劑制備的粉末。


圖1為實(shí)施例1產(chǎn)品形貌200倍放大掃描電鏡照片；圖2為實(shí)施例1產(chǎn)品中單個(gè)粉末1100倍放大掃描電鏡照片；
圖3為實(shí)施例1產(chǎn)品中截面形貌400倍放大掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例進(jìn)一步解釋了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限 于以下實(shí)施例。實(shí)施例1取市售I 3微米粒度的TiB2粉90g，1-5微米粒度的Ni粉60g加入球磨罐內(nèi)，再加入200g無(wú)水乙醇進(jìn)行混合球磨15小時(shí)，將濕磨好的粉末60° C烘干，將過(guò)篩分散后小于3微米的混合粉末與150g去離子水，1. 5g聚丙烯酸銨加入到球磨罐中球磨I小時(shí)，然后加入22. 5g分子量20000的聚乙二醇繼續(xù)球磨10小時(shí)，將料漿卸出得到復(fù)合粉末料漿。若有氣泡產(chǎn)生，滴加正丁醇消泡劑。利用噴霧干燥設(shè)備對(duì)料漿進(jìn)行噴霧干燥制粉，干燥設(shè)備進(jìn)口溫度為210°C，出口溫度110°C，霧化盤(pán)頻率為150Hz，得到噴霧干燥粉末。利用Ar氣氛熱處理爐對(duì)噴霧干燥粉末進(jìn)行熱處理，以7V /min升溫至450°C低溫段保溫I小時(shí)后繼續(xù)以7V /min升溫至1300°C高溫段保溫2小時(shí)，然后以7 V /min冷卻到400°C后再隨爐冷卻。最后將粉末進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)處理，最終得到粒徑分布在45微米 125微米范圍內(nèi)的團(tuán)聚型含TiB2陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末。利用標(biāo)準(zhǔn)漏斗法(GB1479-84)測(cè)量團(tuán)聚型復(fù)合粉末的松裝密度和流動(dòng)性，并對(duì)比采用傳統(tǒng)PVA粘結(jié)劑制備的同種復(fù)合粉末性能，每個(gè)樣品測(cè)量三次取平均值，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例2取市售f 3微米粒度的ZrB2粉110g，1-2微米粒度的ZrO2粉40g加入球磨罐內(nèi)，再加入200g無(wú)水乙醇進(jìn)行混合球磨15小時(shí)，將濕磨好的粉末60°C烘干，將過(guò)篩分散后小于3微米的混合粉末與IlOg去離子水，2g聚丙烯酸銨加入到球磨罐中球磨1. 5小時(shí)，然后加入15g分子量20000的聚乙二醇和IOg聚丙烯酸乳液繼續(xù)球磨12小時(shí)，將料漿卸出得到復(fù)合粉末料漿。若有氣泡產(chǎn)生，滴加正丁醇消泡劑。利用噴霧干燥設(shè)備對(duì)料漿進(jìn)行噴霧干燥制粉，干燥設(shè)備進(jìn)口溫度為250°C，出口溫度100°C，霧化盤(pán)頻率為280Hz，得到噴霧干燥粉末。利用Ar氣氛熱處理爐對(duì)噴霧干燥粉末進(jìn)行熱處理，以7V Mn升溫至500°C低溫段保溫I小時(shí)后繼續(xù)以rVC /min升溫至1200°C高溫段保溫3小時(shí)，然后以7°C /min冷卻到400°C后再隨爐冷卻。最后將粉末進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)處理，最終得到粒徑分布在15微米 45微米范圍內(nèi)的團(tuán)聚型含ZrB2陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末。實(shí)施例3取市售1 10微米粒度的MoB粉109g，l_5微米粒度的Fe粉41g加入球磨罐內(nèi)，再加入210g無(wú)水乙醇進(jìn)行混合球磨15小時(shí)，將濕磨好的粉末60°C烘干，將過(guò)篩分散后小于3微米的混合粉末與120g去離子水，1. 8g聚丙烯酸銨加入到球磨罐中球磨2小時(shí)，然后加入35g分子量8000的聚乙二醇繼續(xù)球磨12小時(shí)，將料漿卸出得到復(fù)合粉末料漿。若有氣泡產(chǎn)生，滴加正丁醇消泡劑。利用噴霧干燥設(shè)備對(duì)料漿進(jìn)行噴霧干燥制粉，干燥設(shè)備進(jìn)口溫度為230°C，出口溫度110°C，霧化盤(pán)頻率為150Hz，得到噴霧干燥粉末。利用Ar氣氛熱處理爐對(duì)噴霧干燥粉末進(jìn)行熱處理，以7V Mn升溫至460°C低溫段保溫I小時(shí)后繼續(xù)以7V Mn升溫至1100°C高溫段保溫4小時(shí)，然后以7V Mn冷卻到400°C后再隨爐冷卻。最后將粉末進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)處理，最終得到粒徑分布在45微米 125微米范圍內(nèi)的團(tuán)聚型含MoB陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末。表I實(shí)施例1中和傳統(tǒng)方法制備得到的含TiB2陶瓷復(fù)合團(tuán)聚型粉末物性參數(shù)對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種含硼化物陶瓷的團(tuán)聚型復(fù)合熱噴涂粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟具體包括以下步驟 (O首先根據(jù)熱噴涂復(fù)合粉末成分要求，將硼化物TiB2、ZrB2、Fe2B、MoB、WB粉末中一種或幾種與N1、Fe、Co、ZrO2、Al2O3粉末中的一種或幾種以質(zhì)量百分比25% 75%: 75% 25%的比例加入氧化鋯球磨罐內(nèi)，同時(shí)加入原粉質(zhì)量的120°/Γ150%的無(wú)水乙醇進(jìn)行混合球磨15 20小時(shí)，使上述物質(zhì)復(fù)合均勻，將球磨好的混合粉烘干，過(guò)篩分散后得到粒度小于3微米的粉末留用； (2)將上述過(guò)篩后的混合粉末與分散劑聚丙烯酸銨、檸檬酸銨、聚乙烯亞胺中的一種或幾種以及去離子水按一定比例混合放入球磨罐中球磨，去離子水的加入量為初始粉末質(zhì)量的45°/Γ200%，分散劑有效加入量為初始粉末質(zhì)量的O. 49Γ1. 6%，球磨f 2小時(shí)使各組分分散均勻后，加入粘結(jié)劑聚乙二醇、聚丙烯酸乳液中的一種或幾種繼續(xù)球磨5 10小時(shí)使料漿均勻穩(wěn)定，粘結(jié)劑有效加入量為初始粉末質(zhì)量的15°/Γ25% ;最后將料漿取出，若有氣泡產(chǎn)生，滴加正丁醇消泡劑，得到含硼化物陶瓷的復(fù)合粉末料漿； (3)利用噴霧干燥設(shè)備對(duì)上述料漿進(jìn)行噴霧干燥制粒，噴霧干燥設(shè)備進(jìn)口溫度為21(T300°C，出口溫度為9(Tl20°C，霧化盤(pán)頻率為150 280Ηζ，得到噴霧干燥粉末； (4)利用Ar氣氛熱處理爐對(duì)噴霧干燥粉末進(jìn)行熱處理，在40(T5(KrC低溫段保溫廣2小時(shí)后繼續(xù)加熱到110(Tl300°C高溫段保溫2飛小時(shí)，然后7V /min冷卻到400°C后再隨爐冷卻；最后將粉末進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)處理，最終得到粒徑分布在15 45微米或45微米 125微米范圍內(nèi)的團(tuán)聚型含硼化物陶瓷復(fù)合熱噴涂粉末；聚乙二醇分子量為800(Γ20000。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，聚乙二醇分子量為20000。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(4)所述的低溫段溫度優(yōu)選450°C。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(4)所述的高溫段溫度優(yōu)選1300°C。
全文摘要
一種含硼化物陶瓷的團(tuán)聚型復(fù)合熱噴涂粉末的制備方法，屬于粉體加工和熱噴涂陶瓷復(fù)合涂層領(lǐng)域。根據(jù)熱噴涂復(fù)合粉末成分要求，將原料混合球磨、過(guò)篩；加入分散劑和水再次球磨，均勻后加入粘結(jié)劑，最后將料漿取出；利用噴霧干燥設(shè)備對(duì)上述料漿進(jìn)行噴霧干燥制粒，再對(duì)噴霧干燥粉末進(jìn)行熱處理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)料漿中各成分分散均勻穩(wěn)定，料漿粘度合適，得到球形度好，致密度高，流動(dòng)性好，松裝密度高，粒度分布均勻，能適用于熱噴涂的含硼化物陶瓷復(fù)合粉末。
文檔編號(hào)C04B35/58GK103011828SQ20121058169
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者栗卓新, 祝弘濱, 李輝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)