[发明专利]掺杂陶瓷抗烧蚀相的热喷涂粉体及其制备器件和方法

说明书

本发明公开了掺杂陶瓷抗烧蚀相的热喷涂粉体及其制备器件和方法。该粉体由陶瓷相和润滑相材料组成，其中陶瓷相掺杂能够有效降低润滑相材料在热喷涂过程中的烧蚀损耗，使其在热喷涂涂层中得以保留，并与硬质相、粘结相等复合共同形成高温自润滑耐磨涂层。陶瓷抗烧蚀相和润滑相材料的复合通过溶胶凝胶法实现：将润滑相粉体材料加入陶瓷前驱体溶胶中形成悬浊液，在陈化反应过程中，润滑相材料能够均匀地分布于凝胶微球中，然后经过高温烧结步骤，即形成润滑相材料与陶瓷抗烧蚀相复合的热喷涂微球粉体材料。该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，可以高效制备抗烧蚀的润滑相热喷涂粉体材料，满足多相复合高温自润滑耐磨涂层的制备需求。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体而言，本发明涉及掺杂陶瓷抗烧蚀相的热喷涂粉体及其制备器件和方法。

背景技术

在现代热喷涂技术中，在原料端将具有不同功能的粉体进行混合喷涂，使所形成的涂层具有复合材料结构以及多重功能性质，是一种常见的工艺技术手段。例如，若需制备自润滑耐磨涂层，则需要在涂层中加入硬质相、润滑相、粘结相，以分别满足涂层的耐磨、自润滑、高结合力等要求。同时，在某些应用场合，如航空航天领域，上述涂层需要在高温工况下作为摩擦副工作，此条件下，又需要使各复合材料物相耐受高温作业。

由于热喷涂粉体形成涂层的原理是将粉体颗粒表面进行熔融，然后高速撞击至基板上形成粘结，所以需要喷涂火焰的温度高于粉体中各种复合颗粒的熔点，从而使其在短时间飞行过程中可以进行熔融。一般而言，热喷涂粉体中的陶瓷硬质相以及高温合金粘结相的熔点要远高于润滑相，从而在同一送粉火焰温度下，会造成润滑相的大幅烧蚀损耗，甚至无法留存在形成的涂层中。因而，有必要对该种技术情形中的润滑相采取保护措施，使其顺利通过高温火焰飞行过程，到达基板形成涂层。然而，现有的热喷涂粉体及其制备方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出掺杂陶瓷抗烧蚀相的热喷涂粉体，以及用于制备该热喷涂粉体的器件和方法。其中，该热喷涂粉体通过掺杂陶瓷抗烧蚀相材料对润滑相进行保护，可有效降低其应用中的烧蚀损耗。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种热喷涂粉体。根据本发明的实施例，该热喷涂粉体包括：润滑相材料和陶瓷抗烧蚀相材料。

根据本发明实施例的热喷涂粉体包括陶瓷抗烧蚀相材料与润滑相粉体材料，该热喷涂粉体颗粒中，陶瓷抗烧蚀相与润滑相粉体材料以弥散的结构形式存在，即陶瓷抗烧蚀相材料形成球形或类球形的陶瓷微球，润滑相材料弥散在陶瓷抗烧蚀相之中。粉体颗粒中的润滑相材料在陶瓷抗烧蚀相的保护下，能够在750℃以下保持稳定，不分解不变质，具有润滑的作用。采取润滑相材料弥散在陶瓷抗烧蚀相之中的方式能够有效降低热喷涂过程中低熔点润滑相的烧蚀损耗，使其能够保留在所制备的涂层中，实现涂层在服役过程中的固体自润滑效果。

另外，根据本发明上述实施例的热喷涂粉体还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述润滑相材料和所述陶瓷抗烧蚀相材料以弥散的结构形式存在。

根据本发明的一些实施例，所述润滑相材料选自氟化钙、氟化钡中的至少之一。

根据本发明的一些实施例，所述陶瓷抗烧蚀相材料为二氧化锆。

根据本发明的一些实施例，所述热喷涂粉体的平均粒径为55～105μm。

根据本发明的一些实施例，所述热喷涂粉体的形貌呈球形或者类球形，并且粒径满足正态分布，直径变异系数小于30％(变异系数CV＝(标准偏差SD/平均值Mean)×100％)。

根据本发明的一些实施例，所述热喷涂粉体的粒径范围为55～95μm，平均粒径为87μm，粉体颗粒呈球形且球形度为0.84，变异系数为10.72％。