[发明专利]一种新型碳化钛-铁镍铬硅热喷涂粉末及其制备方法

说明书

一种新型碳化钛‑铁镍铬硅热喷涂粉末及其制备方法，属于表面工程技术领域。粉末成分以质量计：TiC占50～75％，FeNiCrSi占25～50％；在FeNiCrSi中：Cr13～18％，Ni6.7～20％，Si1～2.5％，B≤0.5％，Fe余量。Ni的添加保持了Cr在铁基体中的稳定性，避免喷涂过程中Cr元素的析出，提高了材料的耐腐蚀性能；添加适量的Si，可以抑制TiC的溶解，保持涂层的硬度和韧性，同时提高复合材料的耐腐蚀性；添加少量的硼，有助于拓宽喷涂工艺窗口。该成分粉末提升了TiC金属陶瓷涂层的耐腐蚀性能，耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时。本发明有助于实现TiC涂层取代WC涂层，降低喷涂成本。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种新型碳化钛-铁镍铬硅热喷涂粉末及其制备方法，可用于机械、石油、化工、船舶、冶金、电力等行业的表面耐磨防护。

背景技术

热喷涂碳化钨涂层广泛应用于航空航天、石油化工、冶金、造纸、电力等行业，可以有效改善工业零部件的耐磨性能，提高零部件的安全可靠性和使用寿命。WC-Co是目前热喷涂耐磨涂层最常用的金属陶瓷复合材料，然而由于钨和钴都是战略性资源，价格较贵，在使用中受到一定的限制。TiC是一种常见的碳化物陶瓷，其硬度高、价格便宜，铁基合金和碳化钛形成的钢结硬质合金价格便宜，在硬质合金行业已经部分取代WC-Co获得广泛应用。若热喷涂行业采用铁基碳化钛涂层取代碳化钨涂层，涂层单位面积原料成本降低1000～3000元/平米以上，整体喷涂成本降低20％以上。

钢结硬质合金中TiC占总质量的40％左右，而在热喷涂行业，TiC所占质量比一般在50％以上，而且热喷涂工艺在喷涂过程中粉末颗粒经历的温度一般在1600℃以上，钢结硬质合金的设计经验无法直接用于热喷涂粉末的设计。而在热喷涂领域，很多研究者在研究碳化钛涂层喷涂材料及涂层的性能，但其实际应用较少。有文献研究了超音速火焰喷涂75TiC-25FeCrAl材料的性能(Properties of HVOF-sprayed TiC-FeCrAl coatings，Wear，418-419，(2019)，36-51)，结果表明，TiC-FeCrAl涂层的硬度可达HV1182～HV1380，孔隙率0.53～1.1％，可在中高温取代Cr₃C₂-NiCr涂层。

热喷涂过程中粉末颗粒会在2200℃以上的焰流中加热，粉末颗粒会加热到1600℃以上，TiC易在铁基金属中溶解，在冷却过程中TiC容易分解在铁基体中生成TiC_1-x和Fe₂C；另外该涂层的耐腐蚀性能存在不足，主要原因是以铁为粘结相的喷涂粉末在冷却过程中会在边缘析出Cr元素，在喷涂中易发生氧化，造成耐腐蚀性下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计出新型TiC金属陶瓷喷涂粉末，可有效提高碳化钛金属陶瓷涂层的耐腐蚀性。具体技术方案为：一种新型碳化钛-铁镍铬硅热喷涂粉末，成分以质量计：TiC占50～75％，FeNiCrSi占25～50％；在FeNiCrSi中：Cr占13～18％，Ni占6.7～20％，Si占1～2.5％，B≤0.5％，Fe余量。

本发明还提供一种新型碳化钛-铁镍铬硅热喷涂粉末的制备方法，步骤如下：

(1)原料准备：TiC粉末，占复合粉末总重量的50～75％；FeNiCrSi占复合粉末总重量的25～50％，其中：Cr占FeNiCrSi的13～18％，Ni占FeNiCrSi的6.5～20％，Si占FeNiCrSi的1～2.5％，B在FeNiCrSi中的含量≤0.5％，Fe为余量。

(2)将含有上述元素成分的粉末按比例混合均匀，加入去离子水制成湿磨介质，加入粘结剂后球磨，制得混合料浆。

(3)将上述混合料浆经过喷雾干燥后制得团聚颗粒。

(4)将步骤(3)制得的团聚颗粒烧结得到粉末。