[发明专利]一种基于大气等离子喷涂的硼化锆粉体喷雾造粒方法

说明书

本发明属于颗粒制造技术领域，涉及一种基于大气等离子喷涂的硼化锆粉体喷雾造粒方法。综上所述，本发明通过升温时在干燥塔添置收料罐，收料罐安装后进行底部完全密封处理，使得干燥塔塔底形成了完全密封的空间，以达到热气流在干燥机内循环的目的，高温进风热气流从进风口到出风口进行高速往复循环，大幅度提高了升温效率，节省了时间成本。本发明升温方法适合于所有喷雾造粒装置使用，制得的硼化锆粉体可直接用于大气等离子喷涂制备涂层，并且能够很好地满足航空航天、电子和核工业方面的应用需求。

技术领域

本发明属于颗粒制造技术领域，涉及一种基于大气等离子喷涂的硼化锆粉体喷雾造粒方法。

背景技术

过渡金属硼化物硼化锆属于一类超高温陶瓷材料。这类化合物的特征是熔点超过3000℃，具有高熔点、高硬度、高热导率、好的抗热震性等优良性能，是应用于包括熔融金属坩埚、电炉电极、刀具、核裂变反应堆控制棒以及未来高超声速航空航天飞行器机翼前缘的候选材料。硼化锆以其极强的化学键特性而具有高熔点、高模量、高硬度、高热导率和电导率、良好的抗热震等综合特性,成为超高温陶瓷最具潜力的候选材料。

等离子喷涂是以等离子焰流作为热源和动力源，加热、加速材料粒子(包括粉体、液滴)进行热喷涂的工艺方法，具有效率高、尺寸精度可控、涂层厚度均匀且对基体热损伤小等优点，采用该技术制备超高温陶瓷涂层具有宽广的应用前景。在2005年的国际热喷涂会议上，汉内夫斯指出在世界范围48亿欧元的热喷涂市场中，等离子喷涂占48％，可见其在热喷涂中应用非常广泛。

粒度是粉体诸物性中最重要的特征值，需要粉末粒度和粒度分布合适才能制备出高性能高质量的涂层。为保证热喷涂过程中粉体材料能够均匀、连续、流畅的通过送粉管路将粉末送到喷涂枪炬，颗粒形貌最好是球形或近似球形，大气等离子喷涂的适用粉末粒度一般是40～140μm之间，并且粒度分布集中。而通常原始硼化锆粉末的平均粒径大小一般都小于15μm，且粒度分布较宽容易导致受热不均，不能直接应用于大气等离子喷涂，需要对粉末进行二次造粒来增大颗粒的粒径以适用于大气等离子喷涂制备涂层，二次造粒方式有多种，如用水溶性胶体作粘结剂的普通造粒法，通过热压球磨破碎处理的烧结造粒法等。其中喷雾造粒法是一种先进成熟的方法，具有成本低、适用性广、成分与粒度易于控制的特点，可满足大气等离子喷涂对物性的要求。

颜永根等人通过喷雾造粒研制制造了硼化锆基耐熔融金属浸蚀用纳米复合金属陶瓷粉体ZrB2，其特点具有良好的流动性，球形度较高，但其粒度分布较宽，这必然会导致部分粉末不能充分经过等离子束流高温区，而出现粉末受热不均的现象。文波等人通过喷雾造粒制备出适用于低压等离子喷涂的硼化锆-碳化硅复合粉体，但制得的粉体颗粒粒径较小，容易导致喷枪堵塞，并且粒径较小的粉体流动性也较差。刘源等人研究制备了大气等离子喷涂用硼化锆粉体，对浆料固含量、干燥塔的进出风温度、蠕动泵进料速率等进行了科学的研究，但因为粘结剂的选择和含量并不合适，导致最终制备的粉体颗粒形貌球形度不高，并且出现大量的粉碎的原始粉末颗粒，导致制得的粉体制备的涂层性能不佳。

喷雾造粒系统由雾化器、料浆供给系统(料浆池、泵)、干燥塔、热风系统(空气加热器、热风分配器)、气固分离系统(除尘器、引风机、废气烟囱)等构成。喷雾造粒法是将稳定料液通过喷头雾化后，在干燥塔内与高温进风相互作用，经过复杂的传热传质过程，形成具有一定结合强度干燥粉体的技术。通过此类喷雾造粒工艺，就可以用简单的工艺制得性能良好的粉体，制得的粉体也能够满足大气等离子喷涂的需求，可直接用于大气等离子喷涂以制备相应性能的涂层。

为了提高干燥塔效率，主要有两种方式：一是调节设备运行参数，二是通过改进设备。