[发明专利]一种热喷涂用的纳米氧化物陶瓷空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热喷涂用的纳米氧化物陶瓷空心球的制备方法，属于陶瓷空心球领域。

背景技术

为了保持经济可持续发展、降低资源消耗，进入21世纪后我国开始构建循环经济、建设节约型社会，提出了关于建设我国循环经济的“4R”发展原则（Reduce减量化，Reuse再利用，Recycle再循环，Remanufacture再制造）。其中再制造是循环经济中最具活力的部分，而热喷涂技术是再制造领域中一项十分重要的技术。它可以制备耐磨、耐腐蚀、隔热、导电、绝缘、减磨、润滑、防辐射等多种功能涂层，广泛应用于现代工业，并取得了显著的社会效益和经济效益。

热喷涂材料是热喷涂技术的重要基础，它与热喷涂工艺、热喷涂设备共同构成了热喷涂技术的主体。据统计，热喷涂材料的使用消耗占热喷涂耗材整体的70%以上，因此，开发、研究更具功能性的热喷涂材料是极具必要性的。

氧化物及复合氧化物陶瓷材料是热喷涂材料的重要组成，通常因其具有硬度高、熔点高、热稳定性及化学稳定性能好的特点，用作涂层可以有效地提高基体材料的耐磨损、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀等性能。陶瓷材料本身的属性是影响陶瓷涂层性能的一个重要因素，也可以说它是决定涂层功用的基础，氧化物陶瓷材料最大的热喷涂工艺特点，是可以直接在大气环境中进行喷涂，不需要真空或其他保护气氛，这在设备制造、改造，喷涂工作间设计和降低成本等方面都有很大好处。因此，氧化物陶瓷成为热喷涂技术应用最广、用量最多的陶瓷喷涂材料。

商用氧化物类陶瓷粉末多为不规则多棱体或不均匀实心球体形状，等离子喷涂时颗粒中心达到融化或软化状态的比较少，不仅造成粉末沉积率低，而且涂层结合效果差，内部含有较多未熔融颗粒物和颗粒间搭接所形成的开放性空隙及贯穿性空洞，高温下易导致粘结层氧化失效，涂层的可靠性和使用寿命降低。相比之下，空心球形氧化物陶瓷粉末因具有特殊的球形和空心结构，不仅流动性好，而且等离子火焰中颗粒溶剂化特性好，粉末沉积率高，同时涂层内部气孔细微弥散且多为封闭式，与外界空气隔离效果好，显著降低了粘结层的氧化和涂层的热导率，并具有较好的抗热冲击性能。因此采用空心球形氧化物陶瓷粉末和优化的喷涂工艺能够明显改善涂层抗失效能力，显著提高涂层的使用寿命。

常规制备氧化物陶瓷空心球的方法一般有聚合制粉法、熔融喷吹法、等离子球化法、模板法等。而熔融喷吹法的缺点在于，所得空心球的粒度一般在0.2～5mm，很难得到更小粒度的氧化物空心球，而且熔融喷吹法的生产能耗极高，不适合规模性工业化生产；等离子球化法虽然能得到球体致密、流动性好的空心球体，但是设备前期投资大、生产能耗过大、产量低等缺点难以实现工业化生产；模板法得到的空心球具有空心度均匀的球体，但是球体致密性差，化学工艺过于复杂，且对环境有一定的污染性，同样不适合工业化生产。

据报道，申请号03819421.X所述的方法是等离子球化制备陶瓷粉末,将喷雾干燥后的陶瓷颗粒用等离子体熔结成球形致密的空心陶瓷微球,但所述的方法能耗高，且成本过高、产品少，因此并没有得到大面积的市场推广；又如专利号为200810047192.6中国地质大学（武汉）所述的方法和本发明专利同属喷雾造粒法，但所制得的陶瓷粉末为实心颗粒，而不是本发明所制陶瓷粉末为空心微球。

据此，本发明人拟提供一种用于热喷涂的纳米氧化物陶瓷空心球的制备方法，从而引导出本发明的构思。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于热喷涂的纳米氧化物陶瓷空心球的制备方法，本发明提供一种低成本、绿色无污染，产量大，球形度、流动性优异，致密性好的氧化物空心球的制备方法，制备的空心球特别适用于热喷涂。

由本发明提供的方法，制备用于热喷涂的纳米氧化物陶瓷空心球步骤是：

1、氧化物类陶瓷悬浮液的制备：以氧化物陶瓷粉末为悬浮液原料，添加质量为氧化物类陶瓷粉体的0.002～5%的分散剂，0.002～5%的悬浮剂，0.002～4%的粘合剂，0.001～2%的发泡剂，并与去离子水混合后球磨2～20h；

2、对上述步骤1所获得的悬浮液进行离心式喷雾造粒；

3、对上述步骤2中所获得的氧化物陶瓷造粒粉进行过筛分级；

4、对造粒后得到的氧化物空心球进行热处理，获得可用于热喷涂应用的纳米氧化物类陶瓷空心球。

所述氧化物陶瓷为纳米稳定型氧化锆、氧化铝、氧化钛或氧化铬中一种、二种或两种以上混合物，纯度大于99.9%，纳米晶粒≤50nm，球磨后二次团聚微米粉≤2μm，氧化物陶瓷与去离子水的比例为1:1～5。