[发明专利]一种深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体及其制备方法和应用，由Hf、Zr、Ta、Nb、Ti、C六种元素组成，各种金属元素摩尔百分比为5%‑35%。首先将粒径为1μm‑5μm的HfO₂、ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、碳粉按比例添加入WC球磨罐中，其中碳粉摩尔量为金属元素总摩尔量的4倍，以保证碳热反应的完全进行，同时防止在烧结过程中碳化物的脱碳。球磨结束后将得到的粉体压片，在真空条件下（充入氩气后抽真空）进行热处理，热处理温度高于2000℃保温2 h以上。将得到的压片破碎过筛后与粘结剂溶液混合，通过喷雾造粒得到球型团聚粉末。经过筛分后得到可用于喷涂的高熵陶瓷粉末。用超音速火焰喷涂将所得粉体制备成涂层包覆于深海采矿系统的过流部件表面，延长设备服役时间，节省成本。

技术领域

本发明涉及一种深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于提高深海采矿系统过流部件表面性能的高熵陶瓷粉体、制备方法及应用。

背景技术

随着工业技术的不断发展，对海洋资源的开发已经成为了我国资源开发战略的重要组成部分，通过对海洋矿藏的不断勘测，从滨海至深海发现了大量的金属软泥土与金属结壳，因此迫切需要研发高性能的深海采矿系统。在深海采矿系统运行过程中，扬矿泵与矿物破碎机构的过流部件表面受到磨损腐蚀、冲蚀、空蚀的共同破坏，需要通过制备高性能涂层的方法提高过流部件的使用寿命。

通过研究发现材料的耐磨损、抗冲蚀与抗空蚀性能往往与材料的硬度相关，而材料的耐腐蚀性能与材料的相组成有关，材料相数越少，表面越均匀，材料表面不容易形成原电池，材料的耐蚀性能便越好。因此，通过改善材料本身的相组成提出一种高性能涂层具有重要意义。

有鉴于上述现有涂层存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种用于提高深海采矿系统过流部件表面性能的高熵陶瓷粉体、制备方法及应用，提高过流部件的使用寿命。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体，通过提出新的粉体制备的涂层用于提高深海采矿系统过流部件表面性能，进而延长其使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体，陶瓷粉体（（HfZrTaNbTi）C）与涂层的成分为Hf、Zr、Ta、Nb、Ti、C五种金属元素摩尔百分比为5 %-35 %，全部金属元素总和与C元素的摩尔比为1:3.5-1:5.0，以保证碳热反应的完全进行，同时防止在烧结过程中碳化物的脱碳。

本发明的第二个目的是提供一种深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体的制备方法，通过制备工艺的优化，制备性能优良的、适宜喷涂深海采矿系统过流部件表面的粉体。

本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：

本发明提出的深海环境用高熵碳化物陶瓷粉体的制备方法，包括如下操作步骤，

第一步：按照摩尔百分比称取原材料粉末，首先将粒径为1 μm-5 μm 的HfO₂、ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、碳粉按比例添加入WC球磨罐中，其中碳粉摩尔量为金属元素总摩尔量的4倍，球磨混合后冷却；

第二步：将第一步制得的粉体压片，在真空条件下进行热处理，热处理温度高于2000 ℃，并保温2 h；

第三步：将步骤二热处理后的粉体与聚乙烯醇溶液搅拌混合，得到浆料；

第四步：对获得的浆料进行喷雾造粒，粉末在500 ℃煅烧2 h后得到目标粉体。