[发明专利]一种球形钛-铁-碳系反应喷涂复合粉末及其制备方法

说明书

一种球形钛‑铁‑碳系反应喷涂复合粉末及其制备方法，属于陶瓷材料领域，可用以制备耐磨性能优异的金属陶瓷复合涂层。本发明使用钛铁粉、蔗糖、石墨为原料，经过雾化造粒/前驱体碳化复合工艺，形成以蔗糖碳化的碳为粘结剂的球形钛‑铁‑碳系反应喷涂复合粉末。其工艺过程如下：钛铁粉、蔗糖与石墨按配比混合进行湿磨→配制雾化造粒所需浆料→采用雾化造粒设备对浆料进行制粒→将雾化造粒粉末进行前驱体碳化→筛分。本发明解决了目前反应喷涂复合粉末形状不规则，流动性差，喷涂时送粉效率低的问题，通过引入雾化造粒技术，制得球形度好、流动性佳、粒度分布均匀的复合粉末，适用于反应喷涂制备碳化钛增强铁基金属陶瓷复合涂层。

技术领域

本发明属于金属陶瓷复合涂层制备技术中的制粉方法，特别是涉及一种用于反应喷涂碳化钛增强铁基复合涂层的复合粉末的制备。

背景技术

现代工业的发展和科学技术的进步，对工程实践中大量使用的零部件的表面性能提出了更高的耐磨性能要求。因此，各种制备表面耐磨涂层的工程技术，成为解决这一问题的有效方法。其中，金属陶瓷复合涂层有机地结合了陶瓷材料高硬度、高耐磨性、高化学稳定性等性能及金属材料较高的强度、韧性和良好的工艺性能，成为理想的涂层结构材料。

目前常见的金属陶瓷复合涂层制备工艺中，陶瓷相通常以外加复合的方式预置在喷涂原材料中，陶瓷相颗粒较粗，与金属基体相容性不好，陶瓷与金属界面易受污染，且喷涂过程中陶瓷相的成分和结构难以控制，极大地限制了涂层性能的进一步提高。反应喷涂技术的产生与发展，很好地解决了这一问题，逐渐成为金属陶瓷复合涂层的重要制备方法。

反应喷涂技术是将材料的原位反应合成技术与传统的热喷涂技术相结合，利用喷涂过程中喷涂材料组元间的反应，原位合成涂层材料并同时沉积成涂层的一种新型热喷涂技术。与传统热喷涂技术相比，反应喷涂技术在金属陶瓷复合涂层制备领域取得了重大突破，主要表现在：(1)涂层材料(包括陶瓷相和粘结相)由喷涂原料组元间的反应原位合成，陶瓷相颗粒细小(达纳米级)、分布均匀且界面洁净，可大幅度提高涂层性能；(2)可利用组元间的反应放热提高喷涂微粒温度，降低涂层孔隙率，改善涂层与基体的结合；(3)由于喷涂过程中喷涂材料自身有反应放热，可大大降低喷涂过程中对热源的依赖程度；(4)利用廉价的原料原位反应合成，可大幅度降低成本。

近些年来，国内外在反应喷涂方面已有相当的研究，并且从理论和实践上都证明了其可行性，但是，反应喷涂技术并未真正在工程实践中获得广泛应用，很大程度上是受到制粉技术的限制。目前流行的反应喷涂粉末大部分都是简单的机械混合或团聚粉末，在高速焰流的作用下，反应组元粉末容易分离，造成体系反应不完全，喷涂涂层质量不够稳定。

针对反应组元分离的问题，“一种钛-铁-碳系反应喷涂复合粉末及其制备方法”(专利公开号：CN 1287001C)中，提出了以沥青作为碳的前驱体，将原料混合后在一定温度下碳化，再破碎筛分，形成金属粉末周围被碳包覆的钛-铁-碳系反应喷涂复合粉末，来解决反应喷涂过程中复合粉末组元分离的问题。在这种方法中，沥青作为一种具有较强粘结性的有机物，不仅可以提供反应需要的碳，同时能够把反应组元粘结起来，保证粉末不分离，从而实现良好的结合。

然而，该方法中作为粘结剂的沥青的成分复杂，碳化过程中反应难以完全，同时碳化所需要的温度过高，不利于工业化生产，因此“一种钛-镍-碳系反应喷涂复合粉末及其制备工艺”(CN 1288272C)、“一种Ti-Fe-Ni-C系反应热喷涂复合粉末及其制备工艺”(CN100510155C)中提出使用蔗糖作为新的前驱体。蔗糖具有低的熔点和简单的分子结构，碳化工艺简单，成本低廉且成分纯净，是一种良好的前驱体材料。