[发明专利]大尺寸工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层及等离子堆焊制备方法有效

专利信息
申请号: 201410655407.8 申请日: 2014-11-17
公开(公告)号: CN104404426A 公开(公告)日: 2015-03-11
发明(设计)人: 陈瑶;戈剑鸣;周剑平;刘卫卫;赵栋;王永光;邢占文 申请(专利权)人: 苏州大学
主分类号: C23C4/04 分类号: C23C4/04;C23C4/12;B22F1/00;B22F9/02
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 常亮
地址: 215137 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 尺寸 工件 表面 ti sub sic 复合材料 涂层 等离子 堆焊 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及材料合成技术领域,尤其涉及到一种大工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层、及其等离子堆焊制备方法。

背景技术

近年来,以Ti3SiC2为典型代表的一类具有层状结构的三元碳化物或氮化物陶瓷材料(Mn+1AXn,其中M为过渡金属元素如Ti、V等,A为Ⅲ和IV族元素,X为C或N,简称MAX相)因兼备金属和陶瓷的优良性能受到了材料研究者的广泛重视。Ti3SiC2的晶体结构和石墨类似,具有层状密排六方结构,共棱的Ti6C八面体被Si原子层分隔,层内原子通过Ti-C共价键、Ti-Ti金属键结合,层间通过较弱的范德华力结合。和金属一样,Ti3SiC2在常温下具有良好的导热性能(~37Wm-1K-1)和导电性能(9.6×106Ω-1m-1)、较低的维氏硬度(~4.0GPa),对热冲击不敏感,可以像金属一样具有优异的加工性能,并在高温下具有塑性。

同时,Ti3SiC2还具有陶瓷材料的特性,如较高的弹性模量(~322-333GPa)和剪切模量(~185-206GPa),高熔点(~3000℃)、高温稳定性(可达1300℃)、优异的抗氧化性能(可达1100℃)和良好的抗热疲劳性能。此外,它还具有优于石墨及MoS2的自润滑性能。

然而,单相Ti3SiC2较差的耐磨性能(主要源于低硬度)是其实际应用的最大障碍,从而极大限制了其在大尺寸工件表面制备较大厚度Ti3SiC2复合材料涂层的实际应用。例如,在石油化工、钢铁及有色金属冶金、航空航天等领域,尤其对处于极端复杂和苛刻工作环境中的关键金属零部件,如航空发动机涡轮叶片、应用于石油化工和冶金行业的专用电极材料、高温程控阀门等场合的应用。

因此,针对上述问题有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种大尺寸工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层及其制备方法。

为实现上述发明目的,本发明的一种大尺寸工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层的制备方法,其包括如下步骤:

S1.按重量百分比计,称量60-75wt.%的Ti粉,20-30wt.%的SiC粉,5-10wt.%的C粉;

S2.将称量好的Ti粉、SiC粉、C粉分别在无水乙醇中超声分散;

S3.将超声分散后的Ti粉、SiC粉、C粉进行球磨;

S4.将充分球磨混合后形成的物料,通过喷雾干燥法制得的微米团聚颗粒;

S5.对制得的微米团聚颗粒进行干燥,筛分干燥后的微米团聚颗粒作为等离子堆焊原始粉末;

S6.对金属基体进行预处理;

S7.通过同步送粉等离子堆焊技术,利用S5中筛分干燥后的微米团聚颗粒,在步骤S6中的基体上制备Ti3SiC2复合材料涂层;

S8.将Ti3SiC2复合材料涂层及其金属基体保温后,缓冷消除应力。

作为本发明的大尺寸工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层的制备方法的改进,所述步骤S3具体包括:将超声分散后的Ti粉、SiC粉、C粉一并装入行星式球磨罐中进行球磨,其中球料比为5:1,转速为300r/min,球磨时间为12h。

作为本发明的大尺寸工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层的制备方法的改进,所述步骤S4具体包括:将充分球磨混合后形成的物料,通过喷雾干燥法制得的微米团聚颗粒,其中,喷雾干燥雾化压力为0.5MPa,环境温度为200℃,出口温度为100℃。

作为本发明的大尺寸工件表面Ti3SiC2基复合材料涂层的制备方法的改进,所述步骤S5具体包括:对制得的微米团聚颗粒进行干燥,其中,干燥温度为120℃,干燥时间为240min,并筛分干燥后的微米团聚颗粒作为等离子堆焊原始粉末,筛分时,使用直径为30-80μm的筛网进行筛分。

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