[发明专利]一种船舶柴油机用高熵陶瓷粉体、应用及应用方法

说明书

本发明涉及一种船舶柴油机用高熵陶瓷粉体、应用及应用方法，陶瓷粉体为Hf、Zr、Mo、Nb、Ti、B六种元素共同形成的高熵硼化物(HfZrMoNbTi)B₂，其中Hf、Zr、Mo、Nb、Ti的摩尔百分比为5%‑35%，陶瓷粉体中金属元素与B元素摩尔比例为1:2.1‑1:2.5，过量的B可以抵消与金属反应以及烧结时带来的损失。将所得粉末利用等离子喷涂在柴油机排气阀杆表面，从而提高阀杆抵抗高温变形、腐蚀冲刷以及磨损的能力，节省更换成本，降低安全隐患。

技术领域

本发明涉及一种高熵陶瓷粉体其具体应用和应用方法，尤其涉及一种船用柴油机排气阀杆高熵陶瓷粉体、应用和应用方法。

背景技术

船用柴油机是船舶动力系统的核心同时也是船舶运行过程中工况较为恶劣的部分，排气阀杆是柴油机中的易损部件，排气阀的变形断裂往往引起柴油机的严重故障造成严重的经济损失。排气阀杆在进行往复运动时，所承受的交变载荷最高可达30 kN，同时还会承受高达2000 ℃的腐蚀气体的快速冲刷。在腐蚀，交变应力，热应力与磨损的共同作用下，排气阀杆表面疲劳裂纹快速萌生扩展导致排气阀杆的断裂失效。在柴油机运行过程中，断裂的阀杆会造成阀盘脱落进入燃烧室与活塞相互撞击诱发连杆断裂导致机体击穿。为了降低安全隐患与经济损失，需要提高排气阀杆的机械性能从而延长阀杆的使用寿命。由于阀杆的破坏往往最先出现在阀杆表面，因此利用热喷涂技术在阀杆表面制备高性能涂层是一种高效低成本的提升阀杆性能的方法。

现有的方法是利用等离子喷涂，电弧喷涂等热喷涂技术对阀杆的表面进行保护，往往选用耐高温的合金材料以及金属陶瓷材料作为喷涂材料。结合阀杆的工作环境，阀杆表面需要具有优良的耐高温性能，抗冲击性能，耐疲劳性能与耐蚀性能。在高温环境中合金涂层力学性能较差无法有效抵抗腐蚀气体冲刷，虽然金属陶瓷涂层力学性能优于合金涂层，但是金属陶瓷涂层耐蚀性能较差，部分碳化物陶瓷在高温环境下还会出现脱碳现象。因此研究一种适合环境的、耐腐蚀性能较好的涂层变得非常重要。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种船舶柴油机用高熵陶瓷粉体，用于柴油机排气阀杆表面，从而提高阀杆抵抗高温变形、腐蚀冲刷以及磨损的能力，节省更换成本，降低安全隐患。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的船舶柴油机用高熵陶瓷粉体，陶瓷粉体为Hf、Zr、Mo、Nb、Ti、B六种元素共同形成的高熵硼化物(HfZrMoNbTi)B₂，其中Hf、Zr、Mo、Nb、Ti的摩尔百分比为 5%-35%。

作为优选的，陶瓷粉体中金属元素与B元素摩尔比例为1:2.1-1:2.5，过量的B可以抵消与金属反应以及烧结时带来的损失。

作为优选的，陶瓷粉体通过如下操作步骤制备，

A1.根据摩尔百分比称取金属粉末与硼粉末放入真空高能球磨机中球磨混合；

A2.对A1获得的粉末进行真空等离子烧结后，将粉末研磨后筛分得到目标产物。

作为优选的，步骤A1中金属粉末与硼粉末的粉末粒径为1-5 μm。

作为优选的，步骤A1中球磨混合2-8 h，每混合1 h后冷却30 min。

作为优选的，具体的制备工艺为：

A1.根据上述高熵陶瓷成分与摩尔百分比，称取一定的Hf、Zr、Mo、Nb、Ti、B粉末，每种元素粉末纯度在99%以上且粉末粒径1-5 μm，将粉末放入真空高能球磨机中，球磨罐为碳化钨衬里的不锈钢罐，研磨球为直径10 mm的碳化钨研磨球(球-粉比≈3:1-4:1)，球磨转速为300 rpm，罐内充入氩气，压力为5 atm，球磨混合1-2 h后冷却30-60 min，混合时间为2-8h；

A2.对获得的混合粉末进行真空等离子烧结5-10 min，将粉末研磨后筛分得到喷涂粉末。