[发明专利]一种用于热喷涂活塞环涂层的含TiB2金属陶瓷复合粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热喷涂活塞环涂层的含TiB₂金属陶瓷复合粉末的制备方法，属于复合粉体技术领域。

背景技术

金属陶瓷复合涂层是一种由高硬度、高耐磨性的陶瓷相和高韧性的金属基体组成的复合涂层，这种涂层被广泛应用于汽车(如活塞环)，航空航天(如飞机起落架)，冶金(如沉没辊)和造纸(如瓦楞辊)等对表面耐磨和强韧性有较高要求的工业或民用构件的制造和修复中。常规的金属陶瓷复合涂层材料如WC-Co，Cr₃C₂-NiCr等由于价格昂贵，密度大等原因近年来在汽车及航空航天等行业的应用前景逐渐黯淡。

TiB₂具有高硬度，高化学稳定性，低摩擦系数，低密度等诸多特点，其与金属复合并通过热喷涂制备的金属陶瓷复合涂层是继WC-Co，Cr₃C₂-NiCr等体系之后极有希望在耐磨领域，尤其是高温耐磨领域(如活塞环表面)应用的新型金属陶瓷复合涂层材料体系。

研究表明，NiCr合金与TiB₂润湿性最好，且NiCr合金具有很好的防氧抗蚀性能，是与TiB₂匹配的最佳金属相，而Mo金属可进一步提高含TiB₂金属陶瓷复合涂层的断裂韧性和抗擦伤性能。不同配比的含TiB₂金属陶瓷复合粉末可以满足热喷涂活塞环表面涂层多种摩擦磨损性能的要求。

如今用于制备含TiB₂金属陶瓷复合涂层的复合粉末都是采用机械合金化方法或自蔓延高温合成(SHS)方法制备，粉末形状不规则，流动性差，很难达到热喷涂工艺要求。经对现有技术的文献检索发现，在中国专利公开号为CN101280129A的文献中，公开了一种针对金属钛，钴和碳化硼混合热喷涂粉末的制备方法，采用喷雾干燥方法对混合粉末进行喷雾造粒，造粒后进行粉末热处理，最后筛分得到球形或近球形的团聚型复合粉末。虽然采用这种方法制备的粉末具有较好的流动性，能够满足热喷涂需要，但是这种团聚型粉末孔隙较多，不够密实，对于密度较小的金属陶瓷复合粉末(如含TiB₂的金属陶瓷复合粉末)，在喷涂过程中粉末容易“发飘”，得到的涂层致密度不高。

本发明方法制备的含TiB₂金属陶瓷复合团聚型热喷涂粉末可克服国内外此类粉末形状不规则，流动性差的缺点，并可进一步提高粉末致密化程度和松装密度，从而制备出优异耐磨性能的含TiB₂金属陶瓷复合涂层。

发明内容

本发明目的是针对现有纯TiB₂粉末材料颗粒尺寸小，密度小，脆性大，难以直接用于热喷涂制备涂层的现状，提供一种TiB₂与多种金属或合金复合的团聚型热喷涂粉末制备方法，实现多种金属或合金与TiB₂的复合，并通过热处理后等离子球化的方法使复合粉末球形度好，致密度高，流动性好，松装密度高，粒度分布均匀，能适用于热喷涂并可提高TiB₂沉积率和涂层耐磨性。

本发明一种用于热喷涂活塞环涂层的含TiB₂金属陶瓷复合粉末的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)首先根据热喷涂复合粉末成份要求，将TiB₂粉、NiCr粉和Mo粉加入球磨罐内，其中TiB₂粉末25～75wt.％、NiCr合金粉末25～10wt.％、Mo粉50～15wt.％，同时加入无水乙醇进行混合球磨，抑制TiB₂球磨氧化，并使金属相与TiB₂复合均匀，混合粉粒度小于3微米，将湿磨好的粉末烘干，过筛分散后留用；

(2)将上述过筛后的混合粉末与聚乙烯醇(PVA)、分散剂及去离子水按一定比例混合制成料浆，其中混合粉末质量为料浆总质量的35～55％，PVA质量为混合粉质量的1％～5％，分散剂质量为混合粉质量的0.3～1.5％，制浆的具体步骤包括：首先将混合粉末投入去离子水中充分搅拌并加热至75℃～85℃之后加入分散剂，持续搅拌10～15分钟后加入已溶好的PVA水溶液，并持续搅拌使各成分分散均匀，若有气泡产生，滴加正丁醇消泡剂，得到含TiB₂的金属陶瓷复合粉末料浆；

(3)利用喷雾干燥设备对上述料浆进行喷雾干燥制粒，干燥设备进口温度为150～250℃，雾化盘频率为140～190Hz，得到喷雾干燥粉末；