[发明专利]高性能Ni基合金-TiB2纳米粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基陶瓷复合材料领域，特别涉及一种用于热喷涂的高性能Ni基合金-TiB₂纳米粉末及其制备方法。

背景技术

电力行业作为国民经济发展的先行行业，对社会经济的发展提供了必要的保障。我国的特殊国情决定了我国发电以煤电为主，燃煤发电量约占总发电量的3/4。而在煤电行业，由于其本身的特性使得电站锅炉“四管”(即水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤气管)长期工作在高温、超高压及受烟气腐蚀和冲蚀的恶劣环境中，极易产生冲蚀磨损、积灰、结渣和高温腐蚀等一系列问题，造成管壁持续减薄(每年减薄约1mm)，常常导致爆管现象，大大提高了运行成本，此外更换新管和维修锅炉时，锅炉停运也造成巨大的损失。据调查，我国100MW以上机组由于腐蚀和冲蚀磨损破坏使锅炉管壁减薄，导致锅炉“四管”爆漏事故而停机抢修的时间约占整个机组非计划停用时间的40%，占锅炉设备本身非停用时间的70%以上，少发电量占全部事故少发电量的50%以上，是影响发电机组安全经济运行的主要因素。

腐蚀和磨损都是发生于工件表面的材料流失过程，并且其它形式的工件失效有许多也是从表面开始的。因此只对锅炉“四管”表面进行强化处理而不用整管替换以增强其抗腐蚀、耐冲蚀磨损性能是一种经济实用的方法。热喷涂技术作为一种新的表面强化技术，为锅炉“四管”进行表面强化处理提供了技术保障。国内外的研究、运用已表明，采用热喷涂防护处理是防止和减少磨损的有效、经济的方法。

同时，节约资源，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，已经成为我国的基本国策。热喷涂技术作为“绿色再制造工程”中的重要组成部分，对国家寻求经济增长模式的全面转变，走节约型发展道路起到了重要作用。

目前，针对锅炉“四管”高温腐蚀和冲蚀磨损的主要防护和修补措施主要是采用热喷涂制备常规粗晶涂层，如FeAlCr和Cr₂C₃-NiCr涂层等。但粗晶涂层在兼顾硬度和断裂韧性方面存在着难以克服的矛盾——涂层的硬度提高往往意味着断裂韧性的降低，从而造成涂层脆性增加、结合强度下降，在随后的使用过程中易发生硬质相脱落和涂层开裂等现象，严重降低其使用性能。纳米涂层的出现则有望很好地解决这一矛盾。只要喷涂工艺参数设置合理，制备的纳米涂层比粗晶涂层具有更加优异的综合性能，可广泛应用于工业生产部门，如航空航天业、电站锅炉管道以及各种油气管道等，在实际生产中具有十分诱人的前景。作为材料表面技术的重要分支，热喷涂用于制备纳米涂层是一种有效和具有很大发展潜力的方法。可以预见，在未来的新兴科技产业中，热喷涂纳米涂层将占据越来越重要的地位。目前生产纳米粉末材料的工艺较为复杂，环境污染较大，这些都极大的制约了热喷涂纳米涂层的发展。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高性能Ni基合金-TiB₂纳米粉末，用于使用超音速火焰喷涂的方式制备纳米涂层，改善和提高防护涂层的综合使用性能，以进一步提高锅炉“四管”的抗高温腐蚀和抗冲蚀磨损能力。本发明的另一个目的在于提供一种上述高性能Ni基合金-TiB₂纳米粉末的制备方法，

根据本发明的一个方面，提供了高性能Ni基合金-TiB₂纳米粉末，包括TiB₂粉末和Ni基合金粉末两种组分，两种组分的重量百分比为：TiB₂20%～40%；Ni基合金60%～80%。

热喷涂是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

TiB₂粉末，即二硼化钛粉末，是灰色或灰黑色的，具有六方(AlB₂)的晶体结构。二硼化钛是硼和钛最稳定的化合物，它的熔点是2980℃，有很高的硬度。二硼化钛在空气中抗氧化温度可达1000℃，在HCl和HF酸中稳定。二硼化钛主要用于制备复合陶瓷制品。由于其可抗熔融金属的腐蚀，可用于熔融金属坩埚和电解池电极的制造。

Ni基合金粉末分为自熔性合金粉末与非自熔性合金粉末。