硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，涉及對金屬材料的鍍覆，以微米級的金屬Al粉、微米級、亞微米級或納米級的TiO2粉和微米級、亞微米級或納米級的B4C粉的混合粉為原料，采用熱噴涂的方法將該混合粉噴涂在金屬或合金工件表面的合金底層表面上，在熱噴涂過程中該混合粉中的Al、TiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備硼化鈦基復(fù)合材料涂層的方法所存在的原料成本高、制備工藝復(fù)雜、能耗大、效率低、涂層加工精度不易控制、涂層致密度低、涂層均勻性差、涂層與基體結(jié)合力差、涂層韌性低、涂層容易開裂、不適合在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的缺點(diǎn)。
【專利說明】硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及對金屬材料的鍍覆，具體地說是硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無機(jī)材料涂層是用作為耐磨、耐蝕和耐高溫涂層的首選材料。硼化物基無機(jī)材料涂層是應(yīng)用最廣泛的無機(jī)材料涂層之一，比如硼化鈦基、硼化鋯基無機(jī)材料涂層被廣泛作為涂層材料用來提高整體材料的表面性能。TiB2具有高熔點(diǎn)、高硬度、低密度、耐磨性好和高抗化學(xué)腐蝕性等諸多優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備、冶金和刀具等領(lǐng)域，用作如切割工具、電極、潤輪機(jī)葉片、燃燒室、化學(xué)反應(yīng)器、坩禍、泵的葉輪和熱電偶的保護(hù)層。陶瓷復(fù)合材料由于各組分之間“取長補(bǔ)短”，“協(xié)同作用”，彌補(bǔ)了單相材料的缺點(diǎn)，并且可按需要設(shè)計、復(fù)合成綜合性能優(yōu)異的新型陶瓷材料，從而產(chǎn)生單相材料所不具有的新性能。因此，研究者們通過向TiB2中加入“第二相”來形成TiB2基復(fù)合材料，從而使制備出的TiB2基復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性得到了明顯提高。已經(jīng)制備出的TiB2基復(fù)合材料包括=TiB2-TiC, TiB2-TiN, TiB2-TiCN, TiB2-SiC' TiB2-Al2O3' TiB2-BN' TiB2-MoSi2, TiB2-AlN,TiB2-FeAl' TiB2-TiAU FeAl-Fe3Al-TiB2-Al2O3' TiB2-N1、TiB2-Co' TiB2-Mo' TiB2-NiCr、TiB2-Al2O3-Al和TiB2-Al2O3-Al-Fe等。這些TiB2基復(fù)合材料可以用來制作各種耐高溫部件及功能部件，也是制作裝甲防護(hù)材料的最好材料之一。
[0003]目前制備TiB2或TiB2復(fù)合材料的主要方法有:
[0004]I)直接合成法:Ti+B — TiB2 ；
[0005]2)非金屬熱還原法:Ti02+B203+C — TiB2+C0 ；
[0006]3)金屬熱還原法: Ti02+B203+Al (Mg) — TiB2+Al203(MgO)；
[0007]4)碳化硼法:Ti02+B4C+C — TiB2+C0 ；
[0008]5)電解法:Ti02+B203+Mg0+MgF2 — TiB2。
[0009]其中，第I)種方法采用價格很昂貴的金屬鈦和硼為原料，成本高；第5)種方法需要消耗大量的電能，同時由于B2O3的揮發(fā)，對設(shè)備造成了很大的破壞；而比較普遍的制備方法是上述2 )、3 )和4 )，這些方法中又以鋁熱、鎂熱或碳熱還原法居多，但是由于這些物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，反應(yīng)迅速，難以控制，合成出的TiB2復(fù)合材料疏松多孔，難以實(shí)現(xiàn)材料的致密化，因而只能采用動力強(qiáng)化等方法來獲得致密的TiB2復(fù)合材料，致使制備成本高，不易大規(guī)模生產(chǎn)。
[0010]另一方面，要獲得性能優(yōu)異的TiB2基復(fù)合涂層，除了從組分設(shè)計上選擇適宜組分材料進(jìn)行復(fù)合外，還應(yīng)從材料結(jié)構(gòu)角度來設(shè)計。眾所周知，控制結(jié)構(gòu)微細(xì)化從微米級下降到亞微米級甚至是納米級，則材料強(qiáng)度、韌性就會有很大提高。
[0011]TiB2基復(fù)合涂層的制備方法有許多種，如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電化學(xué)沉積、激光熔覆和熱噴涂等。目前通過化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積和電化學(xué)沉積制備的TiB2涂層普遍存在成本高、效率低、涂層韌性低及涂層與基體結(jié)合力差等缺點(diǎn)；而激光熔覆技術(shù)制備的TiB2涂層制備工藝復(fù)雜，涂層容易開裂。熱噴涂技術(shù)制備TiB2涂層的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝相對簡單，基體選擇范圍大，涂層厚度變化范圍大，沉積率高，容易形成復(fù)合涂層等。然而，從熱噴涂TiB2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，然而在大氣條件下直接噴涂TiB2粉末時，TiB2在高溫等離子束流中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，另外高純TiB2原料價格昂貴。以上這些不利因素顯然影響涂層質(zhì)量和涂層應(yīng)用。此外，目前熱噴涂技術(shù)制備TiB2過程中所用的原料TiB2粉末主要是采用自蔓延高溫合成法或機(jī)械合金化方法生產(chǎn)的。這種方式生產(chǎn)的粉末顆粒形狀不規(guī)則、流動性差，熱噴涂工藝中送粉極為困難。CN201210321018.3公開了一種用等離了噴涂技術(shù)制備鋁電解槽TiB2陰極涂層的方法。該方法步驟包括:硼化鈦粉末、氧化鋁粉末和石墨粉按照一定比例加入高溫焙燒爐中使其形成共晶體，共晶體經(jīng)過破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后加入等離子噴涂設(shè)備的料斗中，在鋁電解槽陰極炭塊的表面形成TiB2復(fù)合材料涂層。此方法中將硼化鈦粉末、氧化鋁粉末和石墨粉在高溫焙燒爐中燒結(jié)形成共晶體，隨后再經(jīng)過破碎、球磨以及進(jìn)一步的超細(xì)粉碎后再噴涂，可以看出此方法工藝復(fù)雜、耗能高，原料TiB2價格昂貴、成本高，粉末顆粒形狀不規(guī)則和流動性差，等離子噴涂過程中TiB2易氧化，所得涂層致密度低。
[0012]針對直接噴涂TiB2粉末制備TiB2涂層工藝中原料價格昂貴，復(fù)合粉體的制備工藝復(fù)雜、成本高，熱噴涂過程中復(fù)合粉中的TiB2容易氧化，所得TiB2涂層致密度低的缺點(diǎn)，研究者們又嘗試了反應(yīng)合成法制備TiB2基復(fù)合材料涂層。
[0013]CN200710059937.6公開了一種大厚度TiB2涂層的等離子弧制備方法，首先制備FeT1-B4C復(fù)合粉或T1-B復(fù)合粉或T1-B4C復(fù)合粉，隨后采用等離子弧熔敷工藝將復(fù)合粉熔覆在鋼板表面。此發(fā)明方法是采用送粉式熔敷的同軸送粉的等離子弧熔敷，或用水玻璃將粉末混合后的預(yù)涂層式熔敷，此熔敷工藝復(fù)雜，等離子弧參數(shù)不容易控制，而且由于等離子弧加熱面積較大，涂層加工 精度不易控制；此外采用送粉式等離子弧熔敷方法時容易造成復(fù)合粉積聚長大，降低涂層的均勻性，所得涂層質(zhì)量不高。
[0014]CN200710037347.3公開了一種制備TiC-TiB2納米-微米復(fù)相陶瓷涂層的方法，包括以下步驟:將選自Ti或TiO2的反應(yīng)物A，選自硼、B2O3或B4C的反應(yīng)物B，反應(yīng)物碳，納米TiC和稀土氧化物粉末先驅(qū)體均勻混合后經(jīng)等離子致密化造粒組裝成粒度約30微米的粘合顆粒；在45號鋼基底上先熱噴涂0.1-0.3毫米的Ni基合金打底層，再冷噴涂一層0.5-1毫米的粘合顆粒；在預(yù)組裝涂層表面涂上增加對CO2激光吸收率的主要由納米氧化物和其它助劑組成的液體吸光涂料；對上述預(yù)組裝涂層進(jìn)行激光掃描，得到TiC-TiB2納米-微米復(fù)相陶瓷涂層。此法工藝復(fù)雜、成本高、效率低、不適合工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，而且激光掃描過程中涂層易開裂。
[0015]X.H.Wang等人【Tribol.Lett.(2011) 41:171 - 176置Fabrication In Situ TiB2-TiC - Al2O3Multiple Ceramic Particles Reinforced Fe-Based Composite Coatings byGas Tungsten Arc Welding】以A1、B4C和TiO2粉為原料，采用鎢電極惰性氣體保護(hù)焊技術(shù)制備出TiB2 - TiC - Al2O3多相陶瓷顆粒強(qiáng)化Fe基復(fù)合材料涂層。為了便于涂層形成，一定量的純Fe和CaF2被加入到原料中，原料混合后加入一定的有機(jī)粘結(jié)劑形成漿料，然后預(yù)涂覆在鋼基體表面，預(yù)置涂層的平均厚度為1.2mm，隨后采用鎢電極惰性氣體保護(hù)焊技術(shù)制備出Fe基復(fù)合材料涂層。涂層的主相為α -Fe，次相為TiB2、TiC和A1203。此方法所得復(fù)合涂層屬于金屬基復(fù)合材料涂層(主相為α -Fe),Fe基體上分散著一定量的尺寸在2~5μηι的TiB2、TiC和Al2O3顆粒，因此涂層的硬度不均勻(Fe基體硬度低，而有硬質(zhì)陶瓷顆粒分布的區(qū)域硬度高)，磨損條件下涂層中的硬質(zhì)陶瓷顆粒容易剝落。
[0016]Manoj Masanta等人【W(wǎng)ear271 (2011) 1124 - 1133IA comparative study of thetribological performances of laser clad TiB2 - TiC - Al2O3Composite coatings onAISI1020and AISUCMsubstrates]以Ti02、Al和B4C粉為原料，釆用激光熔覆技術(shù)在鋼基體上制備TiB2 - TiC - Al2O3復(fù)合材料涂層。原料混合物預(yù)涂覆在鋼基體表面，預(yù)置涂層的平均厚度為80 μ m。隨后采用激光熔覆技術(shù)制備出復(fù)合材料涂層。涂層的主相為Fe、TiB2、TiC和Al2O3。此方法的缺點(diǎn)是:此法應(yīng)用激光熔覆技術(shù)，大功率激光器設(shè)備昂貴，成本高；而且激光熔覆所得涂層容易開裂。此外，此方法制備的涂層中仍含有大量Fe相，涂層不均勻、硬度分散性大。
[0017]總之，現(xiàn)有技術(shù)制備硼化鈦基復(fù)合材料涂層的方法，存在原料成本高、制備工藝復(fù)雜、能耗大、效率低、涂層加工精度不易控制、涂層致密度低、涂層均勻性差、涂層與基體結(jié)合力差、涂層韌性低、涂層容易開裂、不適合在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，以微米級的金屬Al粉、微米級、亞微米級或納米級的TiO2粉和微米級、亞微米級或納米級的B4C粉的混合粉為原料，在熱噴涂過程中該混合粉中的AUTiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，原位合成出主要成分為TiB2-TiCxNh-Al2O3 (其中0〈χ〈1)的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備硼化鈦基復(fù)合材料涂層的方法所存在的原料成本高、制備工藝復(fù)雜、能耗大、效率低、涂層加工精度不易控制、涂層致密度低、涂層均勻性差、涂層與基體結(jié)合力差、涂層韌性低、涂層容易開裂、不適合在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的缺點(diǎn)。
[0019]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，以微米級的金屬Al粉、微米級、亞微米級或納米級的TiO2粉和微米級、亞微米級或納米級的B4C粉的混合粉為原料，在熱噴涂過程中該混合粉中的AUTiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，具體步驟是:
[0020]第一步，配制用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0021]將粒度范圍在1微米~10微米之間的Al粉、粒度范圍在0.001微米~10微米之間的TiO2粉和粒度范圍在0.001微米~10微米之間的B4C粉均勻混合成混合料粉，其中，Al粉占該三種原料粉總質(zhì)量的重量百分比為25~40%，TiO2粉加B4C粉占該三種原料粉總質(zhì)量的重量百分比為60~75%，Ti02和B4C之間的重量比例則為75~85:25~15，再均勻混合入重量比是料粉:粘結(jié)劑=100:0.2~1.2的粘結(jié)劑，由此配制成用于熱噴涂的TiO2/B4C/A1復(fù)合粉；
[0022]第二步，對所需涂層的金屬或合金工件表面噴涂一層合金底層
[0023]先對所需涂層的金屬或合金工件表面進(jìn)行噴丸處理，再在噴丸處理后的金屬或合金工件表面噴涂一層合金底層；
[0024]第三步，硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備[0025]采用熱噴涂的方法，將第一步中制備出的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉噴涂在第二步中金屬或合金工件表面的合金底層表面，在熱噴涂過程中該混合粉中的AUTiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，從而原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
[0026]上述硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇或甲基纖維素。
[0027]上述硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，所述金屬工件為45鋼工件、Q195鋼工件、Q235鋼工件、Q235-B鋼工件、Q275鋼工件、Q325-C鋼工件或高錳鋼工件。
[0028]上述硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，所述合金工件為鋁合金工件、銅合金工件、鎂合金工件、鈦合金工件、鎳基高溫合金工件、鎳鉻合金工件、蒙乃爾合金工件、鈦鋁金屬間化合物合金工件、鐵鋁金屬間化合物合金工件或鎳鋁金屬間化合物合金工件。
[0029]上述硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，所述噴涂的一層合金底層為N1-Al合金底層、NiCr-Al合金底層、Fe-Al合金底層、NiCrAlY合金底層、CoCrAlY合金底層或NiCrBSi合金底層。
[0030]上述硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，所述采用熱噴涂的方法的工藝參數(shù)是:送粉氣流量為0.5m3/h,電弧功率為24~40KW，噴槍距離為80~120mm，氮?dú)鈿饬髁繛?.0 ~2.0m3/h。
[0031]上述硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，所述的原料均從商購獲得，所述的噴丸處理工藝、噴涂一層合金底層工藝和熱噴涂關(guān)于均是本領(lǐng)域現(xiàn)有的熟知的工藝。
[0032]本發(fā)明的有益效果是:
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是:本發(fā)明方法利用AUTiO2和B4C在熱噴涂火焰或焰流的高溫條件下可以發(fā)生反應(yīng)，并且放出大量熱量，此熱量與熱噴涂火焰或焰流的熱量疊加作用，可以使Al、TiO2和B4C及它們的反應(yīng)產(chǎn)物完全熔化，呈液態(tài)的高溫熔體在高速射流的作用下急速急冷沉積在合金底層表面。由于Ti02/B4C/Al復(fù)合粉反應(yīng)、熔融、沉積及凝固過程在極短時間內(nèi)完成，過冷度極大，使得Ti02/B4C/Al復(fù)合粉熔體凝固過程中形核率極大且晶核來不及生長，從而原位合成出了細(xì)晶結(jié)構(gòu)的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。該硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層具有高的致密度、硬度、耐磨抗蝕性和抗氧化性。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著進(jìn)步在于:
[0035](I)采用本發(fā)明方法制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，原料粉資源豐富、價格低廉，制備方法簡單，成本低，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用TiB2原料制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層方法中原料成本高的缺點(diǎn)。
[0036](2)采用本發(fā)明方法制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，克服了采用TiB2原料制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層方法中原料粉末顆粒形狀不規(guī)則、流動性差和熱噴涂工藝中送粉極為困難的缺點(diǎn)。
[0037](3)采用本發(fā)明方法制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，克服了采用TiB2原料制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層方法中真空等離子噴涂或低壓等離子噴涂方式所用設(shè)備成本極高，不能噴涂大工件的缺點(diǎn)以及采用大氣等離子噴涂方式在大氣條件下直接噴涂TiB2粉末時，TiB2易氧化、沉積效率低、所得涂層與基體的結(jié)合差、涂層孔隙率高和致密度低的缺點(diǎn)。
[0038](4)采用本發(fā)明方法制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，克服了采用金屬鈦粉和碳化硼粉為原料反應(yīng)噴涂法制備TiB2基復(fù)合材料涂層過程中原料金屬鈦粉價格貴，活潑金屬鈦粉造粒過程中容易氧化，復(fù)合粉制備工藝流程復(fù)雜，復(fù)合粉需要在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)耗能高和成本高，以及用T1-B4C (-Co)復(fù)合粉反應(yīng)噴涂所得涂層致密度低和涂層性能不高的缺點(diǎn)。
[0039](5)采用本發(fā)明方法制備硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，克服了采用鋁、氧化鈦和氧化硼為原料反應(yīng)噴涂法制備TiB2基復(fù)合材料涂層過程中反應(yīng)不完全，形成的TiB2相較少，涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度低、涂層致密性差、硬度低和耐磨性差的缺點(diǎn)。
[0040](6)采用本發(fā)明方法制備的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層具有高的致密度、硬度、耐磨抗蝕性和抗氧化性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0042]圖1為實(shí)施例1所制得的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的XRD圖譜。
[0043]圖2為實(shí)施例1所制得的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的SEM圖。
[0044]圖3為實(shí)施例1所制得的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的高倍放大SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]實(shí)施例1
[0046]第一步，配制用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0047]將粒度范圍在I微 米~5微米之間的Al粉、粒度范圍在0.001微米~0.1微米之間的TiO2粉和粒度范圍在0.5微米~5微米之間的B4C粉均勻混合成混合料粉，其中，Al粉的重量百分比為27%，TiO2粉的重量百分比為59%，B4C粉的重量百分比為14%，再均勻混合入重量比是料粉:粘結(jié)劑=100:1的聚乙烯醇，由此配制成用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0048]第二步，對所需涂層的金屬工件表面噴涂一層合金底層
[0049]先對所需涂層的Q235鋼工件表面進(jìn)行噴丸處理，再在噴丸處理后的Q235鋼工件表面噴涂一層N1-Al合金底層；
[0050]第三步，硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備
[0051]采用工藝參數(shù)是送粉氣流量為0.5m3/h、電弧功率為28KW、噴槍距離為IOOmm和氮?dú)鈿饬髁繛?.0mVh的熱噴涂的方法，將第一步中制備出的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉噴涂在第二步中Q235鋼工件表面的N1-Al合金底層表面，在熱噴涂過程中該混合粉中的AUTiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，從而原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
[0052]圖1為本實(shí)施例制得的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的XRD圖譜，由該XRD圖譜可以看出，該硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層主要是由二硼化鈦、碳氮化鈦和氧化鋁相構(gòu)成，其次還有鈦鋁間金屬化合物和二氧化鈦?？梢钥闯?，以Ti02/B4C/Al復(fù)合粉為原料，采用等離子噴涂方法可以在Q235鋼表面成功制備出主要成分為TiB2-TiCxNh-Al2O3 (其中0〈χ〈1)的硼化欽基基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
[0053]圖2為本實(shí)施例制得的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的SEM圖。從該SEM圖中可以看出，涂層厚度達(dá)到240微米，涂層致密度高，涂層與基體結(jié)合良好。[0054]圖3為本實(shí)施例所得到的硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的高倍放大SEM圖。從該高倍放大SEM圖中可以看出，涂層由大量的亞微米和納米尺寸的晶粒組成。由圖1、圖2和圖3綜合分析可知，以Ti02/B4C/Al復(fù)合粉為原料，采用等離子噴涂方法可以在Q235鋼表面成功制備出細(xì)晶結(jié)構(gòu)的主要成分為TiB2-TiCxNh-Al2O3 (其中0〈χ〈1)的硼化鈦基基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
[0055]實(shí)施例2
[0056]第一步，配制用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0057]將粒度范圍在I微米~10微米之間的Al粉、粒度范圍在0.001微米~0.1微米之間的TiO2粉和粒度范圍在0.001微米~0.5微米之間的B4C粉均勻混合成混合料粉，其中，Al粉的重量百分比為27%，TiO2粉的重量百分比為59%，B4C粉的重量百分比為14%，再均勻混合入重量比是料粉:粘結(jié)劑=100:0.8的甲基纖維素，由此配制成用于熱噴涂的TiO2/B4C/A1復(fù)合粉；
[0058]第二步,對所需涂層的金屬工件表面噴涂一層合金底層
[0059]先對所需涂層的45鋼工件表面進(jìn)行噴丸處理，再在噴丸處理后的45鋼工件表面噴涂一層Fe-Al合金底層；
[0060]第三步，硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備
[0061]采用工藝參數(shù)是送粉氣流量為0.5m3/h、電弧功率為34KW、噴槍距離為I IOmm和氮?dú)鈿饬髁繛?.5m3/h的熱噴涂的方法，將第一步中制備出的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉噴涂在第二步中45鋼工件表面的Fe-Al合金 底層表面，在熱噴涂過程中該混合粉中的Al、TiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，從而原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
[0062]實(shí)施例3
[0063]除所需涂層的金屬工件為Q195鋼工件之外，其他均同實(shí)施例1。
[0064]實(shí)施例4
[0065]除所需涂層的金屬工件為Q235-B鋼工件之外，其他均同實(shí)施例1。
[0066]實(shí)施例6
[0067]除所需涂層的金屬工件為Q325-C鋼工件之外，其他均同實(shí)施例2。
[0068]實(shí)施例7
[0069]除所需涂層的金屬工件為Q275鋼工件之外，其他均同實(shí)施例2。
[0070]實(shí)施例8
[0071]除所需涂層的金屬工件為高錳鋼工件之外，其他均同實(shí)施例2。
[0072]實(shí)施例9
[0073]第一步，配制用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0074]將粒度范圍在I微米~5微米之間的Al粉、粒度范圍在0.1微米~I微米之間的TiO2粉和粒度范圍在I微米~5微米之間的B4C粉均勻混合成混合料粉，其中，Al粉的重量百分比為25%，TiO2粉的重量百分比為56.3%，B4C粉的重量百分比為18.7%，再均勻混合入重量比是料粉:粘結(jié)劑=100:0.2的甲基纖維素，由此配制成用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0075]第二步，對所需涂層的合金工件表面噴涂一層合金底層
[0076]先對所需涂層的鈦合金工件表面進(jìn)行噴丸處理，再在噴丸處理后的鈦合金工件表面噴涂一層NiCrAH合金底層；
[0077]第三步，硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備
[0078]采用工藝參數(shù)是送粉氣流量為0.5m3/h、電弧功率為40KW、噴槍距離為120mm和氮?dú)鈿饬髁繛?.0mVh的熱噴涂的方法，將第一步中制備出的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉噴涂在第二步中鈦合金工件表面的NiCrAH合金底層表面，在熱噴涂過程中該混合粉中的Al、TiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，從而原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。 [0079]實(shí)施例10
[0080]第一步，配制用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0081]將粒度范圍在I微米~5微米之間的Al粉、粒度范圍在I微米~10微米之間的TiO2粉和粒度范圍在0.001微米~I微米之間的B4C粉均勻混合成混合料粉，其中，Al粉的重量百分比為40%，Ti02粉的重量百分比為51%，B4C粉的重量百分比為9%，再均勻混合入重量比是料粉:粘結(jié)劑=100:1.2的聚乙烯醇，由此配制成用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉；
[0082]第二步，對所需涂層的合金工件表面噴涂一層合金底層
[0083]先對所需涂層的鋁合金工件表面進(jìn)行噴丸處理，再在噴丸處理后的鋁合金工件表面噴涂一層NiCr-Al合金底層；
[0084]第三步，硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備
[0085]采用工藝參數(shù)是送粉氣流量為0.5m3/h、電弧功率為24KW、噴槍距離為80mm和氮?dú)鈿饬髁繛?.2m3/h的熱噴涂的方法，將第一步中制備出的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉噴涂在第二步中鋁合金工件表面的NiCr-Al合金底層表面，在熱噴涂過程中該混合粉中的Al、TiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，從而原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
[0086]實(shí)施例11
[0087]除所需涂層的合金工件為銅合金工件及合金底層為CoCrAH合金底層之外，其他均同實(shí)施例9。
[0088]實(shí)施例12
[0089]除所需涂層的合金工件為鎂合金工件及合金底層為NiCrBSi合金底層之外，其他均同實(shí)施例10。
[0090]實(shí)施例13
[0091]除所需涂層的合金工件為鎳基高溫合金工件之外，其他均同實(shí)施例10。
[0092]實(shí)施例14
[0093]除所需涂層的合金工件為鎳鉻合金工件之外，其他均同實(shí)施例10。
[0094]實(shí)施例15
[0095]除所需涂層的合金工件為蒙乃爾合金工件之外，其他均同實(shí)施例9。
[0096]實(shí)施例16
[0097]除所需涂層的合金工件為鐵鋁金屬間化合物合金工件之外，其他均同實(shí)施例9。
[0098]實(shí)施例17
[0099]除所需涂層的合金工件為鎳鋁金屬間化合物合金工件之外，其他均同實(shí)施例10。
[0100]實(shí)施例18
[0101]除所需涂層的合金工件為鈦鋁金屬間化合物合金工件之外，其他均同實(shí)施例10。[0102] 上述實(shí)施例中所述的原料均從商購獲得，所述的噴丸處理工藝、噴涂一層合金底層工藝和熱噴涂關(guān)于均是本領(lǐng)域現(xiàn)有的熟知的工藝。
【權(quán)利要求】
1.硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，其特征在于:以微米級的金屬Al粉、微米級、亞微米級或納米級的TiO2粉和微米級、亞微米級或納米級的B4C粉的混合粉為原料，在熱噴涂過程中該混合粉中的Al、Ti02和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層，具體步驟是: 第一步，配制用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉； 將粒度范圍在I微米~10微米之間的Al粉、粒度范圍在0.001微米~10微米之間的TiO2粉和粒度范圍在0.001微米~10微米之間的B4C粉均勻混合成混合料粉，其中，Al粉占該三種原料粉總質(zhì)量的重量百分比為25~40%，TiO2粉加B4C粉占該三種原料粉總質(zhì)量的重量百分比為60~75%，TiO2和B4C之間的重量比例則為75~85: 25~15，再均勻混合入重量比是料粉:粘結(jié)劑=100:0.2~1.2的粘結(jié)劑，由此配制成用于熱噴涂的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉； 第二步，對所需涂層的金屬或合金工件表面噴涂一層合金底層 先對所需涂層的金屬或合金工件表面進(jìn)行噴丸處理，再在噴丸處理后的金屬或合金工件表面噴涂一層合金底層； 第三步，硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備 采用熱噴涂的方法，將第一步中制備出的Ti02/B4C/Al復(fù)合粉噴涂在第二步中金屬或合金工件表面的合金底層表面，在熱噴涂過程中該混合粉中的AUTiO2和B4C與送粉氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，從而原位合成出硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層。
2.按照權(quán)利要求1所說硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇或甲基纖維素。`
3.按照權(quán)利要求1所說硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，其特征在于:所述金屬工件為45鋼工件、Q195鋼工件、Q235鋼工件、Q235-B鋼工件、Q275鋼工件、Q325-C鋼工件或高錳鋼工件。
4.按照權(quán)利要求1所說硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，其特征在于:所述合金工件為鋁合金工件、銅合金工件、鎂合金工件、鈦合金工件、鎳基高溫合金工件、鎳鉻合金工件、蒙乃爾合金工件、鈦鋁金屬間化合物合金工件、鐵鋁金屬間化合物合金工件或鎳鋁金屬間化合物合金工件。
5.按照權(quán)利要求1所說硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，其特征在于:所述噴涂的一層合金底層為N1-Al合金底層、NiCr-Al合金底層、Fe-Al合金底層、NiCrAH合金底層、CoCrAH合金底層或NiCrBSi合金底層。
6.按照權(quán)利要求1所說硼化鈦基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，其特征在于:所述采用熱噴涂的方法的工藝參數(shù)是:送粉氣流量為0.5m3/h,電弧功率為24~40KW，噴槍距離為80~120mm，氮?dú)鈿饬髁繛?.0~2.0m3/h。
【文檔編號】C23C4/04GK103484814SQ201310466640
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】楊勇, 陳學(xué)廣, 褚振華, 王磊, 董艷春, 閻殿然, 張建新, 袁立武, 張旭寧 申請人:河北工業(yè)大學(xué)