CN100366579C - 合金包覆型TiB2粉末的制备方法 - Google Patents

合金包覆型TiB2粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种合金包覆型TiB2粉末的制备方法，属于粉体表面改性领域。目前采用自蔓延高温合成(SHS)法制备的TiB2粉体粒度细小，平均粒度为＜5μm，流动性差，热喷涂工艺中送粉困难。本发明在依次对粒径小于75μm的TiB2粉体进行粗化、去杂和活化处理后，再进行化学镀镍硼包覆处理，得到镍硼合金包覆型TiB2粉末。经施镀处理的TiB2粉末表面均匀地被包覆一层Ni-B合金。采用霍尔流动性测定仪检测，包覆后的TiB2粉末的流动性好。

Description

合金包覆型TiB2粉末的制备方法
技术领域
一种合金包覆型TiB2粉末的制备方法，属于粉体表面改性领域，可应用于制备适合热喷涂用的合金包覆型二硼化钛粉。
背景技术
TiB2具有极高的熔点，极高的硬度，仅次于金刚石与立方氮化硼，密度仅为4.51g·cm-3，具有良好的自润滑特性，是导电最好的工程陶瓷材料；有着极佳的化学稳定性，高温抗氧化温度达1100℃，在HCl、HF中稳定，抗熔融金属的侵蚀，与很多金属的润湿性较好；能在很高的温度下保持良好的机械性能，如：硬度、力学强度、耐高温腐蚀、耐热冲击等。目前TiB2已成为热喷涂领域的热点材料。
热喷涂作为材料表面改性的方法之一，在很多方面优于膜(镀)层的制备工艺，近期得到快速发展。热喷涂TiB2陶瓷涂层用作航母舰艇和歼击机装备的防护涂层，可承受大威力多方位反装甲武器的攻击以及核辐射的威胁，提高武器的生存能力和作战能力；用于火箭导弹的喷嘴及发动机叶片，可提高其抗热冲蚀能力；用于核聚变装置的第一层壁可抗热冲击和核辐射。热喷涂TiB2涂层在铝工业生产方面应用前景极佳。作为铝电解槽的阴极，有利于提高电流效率，降低电解铝的生产成本；作为压铸模具和切削刀具用于加工铝及其铝合金，有利于铝制品的成型和改善切削加工性；用于其它材料的切削，可提高刀具耐用度，延长使用寿命。热喷涂TiB2陶瓷涂层也可用于锅炉“四管”的耐腐蚀防护，大大延长其使用寿命，降低维修成本。
目前国内外高纯度TiB2粉体工业制备方法是自蔓延高温合成(SHS)法。这种方法制备的TiB2粉体粒度细小，平均粒度为＜5μm，流动性差，热喷涂工艺中送粉困难。粉末的流动性能是衡量粉末可热喷涂加工的一个重要指标。另一方面，热喷涂制备TiB2涂层工艺中，TiB2易被氧化成B2O3和TiO2，降低涂层的性能。因而市场上现有的TiB2粉体在热喷涂方面的应用就受到限制，有必要对TiB2粉末进行有效的表面处理，提高其热喷涂物理性能。
发明内容
本发明的目的是制备金属包覆型(核-壳结构)TiB2粉，提高热喷涂用TiB2粉末的流动性，以解决目前热喷涂用TiB2粉末的流动性差问题，获得适于热喷涂用的TiB2粉。同时希望这种金属包覆型的核-壳结构能抑制TiB2粉末在氧化气氛条件下的热喷涂过程中的氧化分解，提高涂层的结合强度和致密性。
为了获得Ni-B合金包覆型TiB2粉末，本发明采用的合金包覆型TiB2粉末的制备方法包括以下步骤：
1)粗化和去杂处理：将粒径小于75μm的TiB2粉体加入浓度为0.3～0.5mol/L稀盐酸溶液中，30～40℃温度下不停地搅拌，处理时间2～5min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到经过粗化和去杂处理的粉体；
2)敏化处理：将经过步骤1)粗化和去杂处理的粉体加入浓度为0.1～0.2mol/L氯化亚锡溶液中，25～40℃温度下不停地搅拌，处理时间3～5min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到经过敏化处理的粉体；
3)活化处理：将经过步骤2)敏化处理的粉体加入浓度为0.01～0.03g/L氯化钯溶液中，不停地搅拌，25～40℃，处理时间3～5min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到经过活化处理的粉体；
4)化学镀包覆处理：将经过步骤3)活化处理的TiB2粉体加入化学镀镍硼溶液中，
化学镀镍硼溶液组成及含量如下：
主盐            氯化镍               30～42克/升
还原剂          硼氢化钠             1～1.2克/升
复合络合剂      四水合酒石酸钾钠     40～42克/升
                乙二胺               15～20克/升
缓冲剂          氢氧化钠             38～40克/升
复合稳定剂      硝酸铅和偏重亚硫酸钾 2.3～2.5克/升
PH值调节剂      氢氧化钠             0～3克/升
溶剂           去离子水              余量
将上述各试剂用分别用去离子水充分溶解后，将复合络合剂与主盐溶液混合搅拌10～15min后加入缓冲剂溶液，搅拌均匀，再加入还原剂溶液，搅拌均匀后，加入稳定剂溶液，搅拌均匀后测试镀液PH值，根据所测PH值，采用已配制好的浓度为0～3克/升的PH值调节剂氢氧化钠控制镀液PH值≥13，恒温水浴箱中控制施镀温度为50～65℃，不停地搅拌，处理时间15～20min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到镍硼合金包覆型TiB2粉末。
经施镀处理的TiB2粉末表面均匀地被包覆一层Ni-B合金。经采用霍尔流动性测定仪检测，包覆后的TiB2粉末的流动性好。
附图说明
图1为包覆前TiB2粉在扫描电子显微镜下的表面形貌分析图；
图2为实施例1包覆后TiB2粉在扫描电子显微镜下的表面形貌分析图；
图3为实施例2包覆后TiB2粉在扫描电子显微镜下的表面形貌分析图。
具体实施方式
实施例1
本发明根据前述的步骤，取D50＝5μm、纯度≥98％自蔓延高温合成的TiB2粉10g，置于浓度0.3mol/L的100mlHCl溶液中，置于30℃的恒温水浴箱中玻璃棒搅拌2min，真空抽滤，水洗致中性，恒温箱中80℃烘干后，置于浓度为0.1mol/L的100ml SnCl2溶液中，25℃下玻璃棒搅拌3min，真空抽滤，水洗致中性，恒温箱中80℃烘干后，又置于浓度0.01g/L的100ml PdCl2溶液中，25℃下玻璃棒搅拌3min，真空抽滤，水洗致中性，恒温箱中80℃烘干后，再置于配制好的500毫升化学镀液中。其化学镀液组成为：氯化镍15g，硼氢化钠0.5g，四水合酒石酸钾钠20g，乙二胺7.5g，氢氧化钠19g，硝酸铅0.40g、偏重亚硫酸钾0.75g.施镀过程在在恒温水浴箱中进行，温度保持50℃，施镀过程中玻璃棒搅拌，15min后完成施镀，将镀液真空抽滤后得到的粉末，多次用去离子水清洗，150℃下恒温烘干得到Ni-B合金包覆的TiB2粉。
经施镀处理的TiB2粉末在扫描电子显微镜下观察，表面均匀地被包覆一层Ni-B合金。从附图2中可以看出包覆后的TiB2粉末表面有一层白色粒状的Ni-B合金小颗粒。采用霍尔流动性测定仪检测，50g包覆粉的流动时间为113～114s。
实施例2
本发明根据前述的步骤，取粒径范围在-200～+400目、纯度≥92％碳热还原法生产的TiB2粉18g，置于浓度0.5mol/L的200ml HCl溶液中，在40℃的恒温水浴箱中玻璃棒搅拌5min，真空抽滤，水洗致中性，恒温箱中80℃烘干后，置于浓度为0.2mol/L的200ml SnCl2溶液中，40℃下玻璃棒搅拌5min，真空抽滤，水洗致中性，恒温箱中80℃烘干后，又置于浓度0.03g/L的200ml PdCl2溶液中，40℃下玻璃棒搅拌5min，真空抽滤，水洗致中性，恒温箱中80℃烘干后，再置于配制好的1000毫升化学镀液中。其化学镀液组成为：氯化镍42g，硼氢化钠1.2g，四水合酒石酸钾钠42g，乙二胺20g，氢氧化钠40g，硝酸铅0.65g、偏重亚硫酸钾1.85g.施镀过程在在恒温水浴箱中进行，温度保持65℃，施镀过程中玻璃棒搅拌，20min后完成施镀，将镀液真空抽滤后得到的粉末，多次用去离子水清洗，120℃下恒温烘干得到Ni-B合金包覆的TiB2粉。
附图3显示在扫描电子显微镜下观察到的包覆效果。采用霍尔流动性测定仪检测，50g包覆粉的流动时间为86～87s。
在热喷涂领域，Co包WC、NiCr包Cr3C2、Ni包金刚石等金属包覆型(核-壳结构)粉末已取得了良好的应用效果。通过金属的包覆处理，成功解决了WC、Cr3C2、金刚石在氧化气氛条件下的热喷涂工艺中的氧化分解问题。本方法制备的镍硼包覆型TiB2粉，其表面的金属包覆层熔点低(纯Ni的熔点是1453℃，TiB2的熔点是2990℃)，在大气等离子喷涂的高温焰流中受热熔化，在TiB2表面形成一层致密的液态保护膜，保护TiB2晶格结构类型不变，从而可以避免和减少TiB2的氧化。

Claims (1)

1.一种合金包覆型TiB2粉末的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)粗化和去杂处理：将粒径小于75μm的TiB2粉体加入浓度为0.3～0.5mol/L稀盐酸溶液中，30～40℃温度下不停地搅拌，处理时间2～5min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到经过粗化和去杂处理的粉体；
2)敏化处理：将经过步骤1)粗化和去杂处理的粉体加入浓度为0.1～0.2mol/L氯化亚锡溶液中，25～40℃温度下不停地搅拌，处理时间3～5min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到经过敏化处理的粉体；
3)活化处理：将经过步骤2)敏化处理的粉体加入浓度为0.01～0.03g/L氯化钯溶液中，不停地搅拌，25～40℃，处理时间3～5min，真空抽滤，水洗至中性，干燥，得到经过活化处理的粉体；
4)化学镀包覆处理：将经过步骤3)活化处理的TiB2粉体加入化学镀镍硼溶液中，
化学镀镍硼溶液组成及含量如下：
主盐          氯化镍                    30～42克/升
还原剂        硼氢化钠                  1～1.2克/升
复合络合剂    四水合酒石酸钾钠          40～42克/升
              乙二胺                    15～20克/升
缓冲剂        氢氧化钠                  38～40克/升
复合稳定剂    硝酸铅和偏重亚硫酸钾      2.3～2.5克/升
PH值调节剂    氢氧化钠                  0～3克/升
溶剂          去离子水                  余量
用PH值调节剂氢氧化钠控制镀液PH值≥13，恒温水浴箱中控制施镀温度为50～65℃，不停地搅拌，处理时间15～20min，真空抽滤，水洗至中性，干燥后得到镍硼合金包覆型TiB2粉末。
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