CN100528425C - 活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，首先根据原料粉重量百分比，将Ti粉50%～75%和B4C粉25%～50%加入球磨机内，同时加入原料粉总重量60%～100%的无水乙醇后，湿磨，原料粉的粒度达1微米～10微米；采用无水乙醇作球磨介质、聚乙烯醇作造粒粘结剂，通过湿磨配制浆料、喷雾干燥造粒、筛分干燥粉末、在氩气保护气氛下烧结，再对烧结的粉末按要求分级，该发明解决了由于密度差大、钛粉造粒过程中容易氧化的难题，工艺流程简单，粉末形状规则，球形度和流动性好，生产效率得到提高，该产品用于反应喷涂，其粉末沉积效率及涂层性能等将大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料技术领域的制备方法，具体是一种密度差较大的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法。
背景技术
复合涂层，尤其是以特殊陶瓷-硼化物、碳化物为增强相的金属和陶瓷复合涂层是一种具有广大工业和民用应用前景的耐磨、耐腐蚀涂层，在航空航天、冶金、矿山、石油化工、钢铁、民用品等领域中的耐磨构件的制造和修复中都有广泛的应用。传统的热喷涂复合粉一般采用机械混合法及烧结破碎法生产。然而，对于反应喷涂原料为金属粉和陶瓷粉时，由于金属粉和陶瓷粉的密度、粒度等方面的差异，将金属粉和陶瓷粉直接混合后进行喷涂，或者是进行简单的烧结筛分，粉末球形度及粒度流动性差，往往是喷涂过程中反应不能完全进行，涂层性能较差，不能获得所需要的涂层。
经对现有技术的文献检索发现，在中国专利公开号为CN101003092的专利文献中，公开了一种针对高钴-碳化钨热喷涂粉末及其制备技术，将金属钴粉末和碳化钨粉末按照一定比例进行混合，通过团聚制粒方法进行造粒。造粒后进行粉末烧结，烧结温度：800-1400℃，烧结保温时间2～24小时，将烧结后的粉末进行破碎、筛分后，得到非球形或类球形粉末。再通过高温热源将烧结后的粉末进行致密化处理，最终得到高钴含量钴-碳化钨热喷涂粉末，包括球形、类球形或非球形颗粒。利用该方法生产的WC-Co热喷涂粉末虽性能优良，但价格十分昂贵，其中因钴资源非常短缺，导致生产该产品十分困难。有的原生料杂质含量较高，利用它们生产的WC-Co热喷涂粉末性能并不好。检索中还发现，美国专利5126104公开了一种采用Ni-Cr-B-Si合金粉、Mo粉及Cr3C2/NiCr合金粉，经球磨混合成为流汁性料浆，采用仲钼酸铵和聚乙烯醇为粘结剂造成团粒，并在800-950℃的还原气氛下恒温烧结，其烧结物置于等离子火焰炉中，并在等离子体火焰流中保持足够时间，使烧结物中的所有粉末颗粒基本熔化，成为球形颗粒，最后再进一步使其金属化，经冷却而成。采用该方法虽然具有可获得较理想的粉末形态、粒度，其显微组织和粉末的硬度、耐磨性也较好等特点，但却存在所需等离子火焰炉非常昂贵、设备投资大，而球化产量却很低，一般生产率仅为5kg/h，生产成本极高。上述两种方法都是在高温，高成本下进行热喷涂粉末的造粒，对反应喷涂粉末造粒都不适用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种活泼金属和陶瓷复合球形热喷涂粉末的制备方法，消除造粒过程中的氧化及由于密度差带来的喷涂过程中的送粉问题，使其达到粉末球形度好、形状规则，能实现大规模工业化生产，提高生产效率及降低生产成本，用于提高热喷涂粉末的沉积效率和涂层的耐磨性、耐腐蚀性等目的。本发明可以实现金属粉与陶瓷粉之间的充分复合，制备方法简单，复合粉末流动性好，球形度和粒度均匀，可以满足后续反应喷涂的需要。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过控制重要工艺参数，切断活泼钛粉的氧化通道，减少钛粉氧化程度。首先根据金属Ti粉和陶瓷B4C粉球形热喷涂粉末的成份要求配料进行湿磨至所需粒度，烘干后，再加入造粒粘结剂聚乙烯醇和去离子水制成料浆，调节料浆的固相含量达所需要求，进行喷雾干燥成球形粉末，然后将该球形粉末筛分后直接烧结、最后经分级处理即得目标产物。
本发明具体包括以下步骤：
(1)湿磨配制料浆：首先根据原料粉重量百分比，将Ti粉50％～75％和B1C粉25％～50％加入球磨机内，同时加入原料粉总重量60％～100％的无水乙醇后，湿磨，原料粉的粒度达1微米～10微米；
所述湿磨，其时间为10小时～20小时，做好球磨罐的密闭处理，切断钛粉的氧化通道。
(2)将湿磨好的浆料烘干，然后过筛，使粉末充分分散；
所述烘干，其温度为50℃-65℃。
所述烘干，其时间为10小时～20小时。
(3)将过筛后的混合粉加入去离子水，固相重量含量30％～50％，在磁力搅拌器的作用下加入0.5％～1.5％固相重量含量的聚乙烯醇粘结剂，0.2％～0.5％固相重量含量的分散剂，搅拌，使聚乙烯醇充分分散在浆料中；
所述搅拌，其时间为1小时～3小时，搅拌过程中注意控制搅拌子的转速，使浆料不产生飞溅。
(4)喷雾干燥造粒：将配好的浆料在大气喷雾干燥器中进行喷雾造粒；
所述喷雾干燥器，其进口温度控制在200℃～250℃，出口温度控制在90℃～110℃，减少钛粉喷雾造粒过程中氧化。
(5)筛分：将由步骤(4)中所得球形混合粉末按产品要求过双层震动筛，筛上粉末和筛下粉末均返回步骤(4)工序重新造粒，筛内物装入刚玉坩锅中；
(6)烧结：将装入粉料的刚玉坩锅置于连续烧结炉中，在氩气(Ar)保护下烧结后，冷却至室温出炉；
所述连续烧结炉为真空碳管炉，氩气充入量使炉内保持负压。
所述烧结，其温度为650℃～800℃。
所述烧结，其时间为1小时～3小时。
(7)分级处理：将上述所得烧结粉末按照热喷涂工艺要求的粒度进行分级处理，即得目标产物。
所述分级处理，是将烧结粉采用双层旋振筛进行筛分或空气气流分选。
本发明由于采用无水乙醇作球磨介质、聚乙烯醇作造粒粘结剂，经喷雾干燥造粒后，在氩气保护下直接烧结成球形粉末，最后按要求分级可得Ti和B4C复合热喷涂粉末，具有工艺流程简单，粉末形状规则，球形度好，生产率可以提高5倍以上，该产品用于反应喷涂，其粉末沉积效率及涂层性能将提高3倍以上，通过能谱(EDS)检测，球形热喷涂粉中的含氧质量百分比低于2％。
附图说明
图1为实施例1产品形貌300倍扫描电镜照片；
图2为实施例1产品形貌1000倍扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
(1)湿磨配制料浆：首先将Ti粉361.15g和B4C粉138.85g加入球磨机内，同时加入450g的无水乙醇后，湿磨12h，使原料粉的粒度达6μm左右；
(2)将湿磨好的浆料在60℃烘干12小时，然后过筛，使粉末充分分散，；
(3)将过筛后的混合粉加入去离子水，固相含量40％，在磁力搅拌器的作用下加入1％固相含量聚乙烯醇粘结剂，0.3％固相含量的分散剂磁力搅拌2h，使聚乙烯醇充分分散在浆料中；
(4)喷雾干燥造粒：将配好的浆料在大气喷雾干燥器中进行喷雾造粒，进口温度控制在240℃，出口温度控制在110℃；
(5)筛分：将由(4)中所得球形混合粉末过200目及600目双层震动筛，得到≤75μm，≥23μm的粉料，200目筛上粉末和600目筛下粉末均返回重新造粒，筛内物装入刚玉坩锅中；
(6)烧结：将装入粉料的刚玉坩锅置于连续烧结炉中，在氩气(Ar)保护及750℃下恒温烧结1h后，冷却至室温出炉；
(7)分级处理：将上述所得烧结粉末采用800目和240目双层振动筛筛分，得粒度为15～60μm的Ti和B4C复合球形热喷涂粉末。
本实施例粉末按GB1482-1984检测：流速＜20s/50g，生产率可以提高5倍以上，通过能谱(EDS)检测，球形热喷涂粉中的含氧质量百分比低于2％。
实施例2
(1)湿磨配制料浆：首先将Ti粉300g和B4C粉100g加入球磨机内，同时加入320g的无水乙醇后，湿磨10h，使原料粉的粒度达6μm左右；
(2)将湿磨好的浆料在65℃烘干10小时，然后过筛，使粉末充分分散；
(3)将过筛后的混合粉加入去离子水，固相含量30％，在磁力搅拌器的作用下加入1.5％固相含量聚乙烯醇粘结剂，0.5％固相含量的分散剂磁力搅拌3h，使聚乙烯醇充分分散在浆料中；
(4)喷雾干燥造粒：将配好的浆料在大气喷雾干燥器中进行喷雾造粒，进口温度控制在200℃，出口温度控制在100℃；
(5)筛分：与实施例1同；
(6)烧结：将装入粉料的刚玉坩锅置于连续烧结炉中，在氩气(Ar)保护及650℃下恒温烧结3h后，冷却至室温出炉；
(7)分级处理：与实施例1同。
本实施例粉末按GB1482-1984检测：流速＜22s/50g，生产率可以提高5倍以上，通过能谱(EDS)检测，球形热喷涂粉中的含氧质量百分比低于2％。
实施例3
(1)湿磨配制料浆：首先将Ti粉180g和BC粉120g加入球磨机内，同时加入300g的无水乙醇后，湿磨20h，使原料粉的粒度达6μm左右；
(2)将湿磨好的浆料在50℃烘干20小时，然后过筛，使粉末充分分散；
(3)将过筛后的混合粉加入去离子水，固相含量50％，在磁力搅拌器的作用下加入1％固相含量聚乙烯醇粘结剂，0.4％固相含量的分散剂磁力搅拌1h，使聚乙烯醇充分分散在浆料中；
(4)喷雾干燥造粒：将配好的浆料在大气喷雾干燥器中进行喷雾造粒，进口温度控制在250℃，出口温度控制在90℃；
(5)筛分：与实施例1同；
(6)烧结：将装入粉料的刚玉坩锅置于连续烧结炉中，在氩气(Ar)保护及800℃下恒温烧结2h后，冷却至室温出炉；
(7)分级处理：与实施例1同。
本实施例粉末按GB1482-1984检测：流速＜24s/50g，生产率可以提高5倍以上，该产品用于反应喷涂，其粉末沉积效率及涂层性能将提高3倍以上，通过能谱(EDS)检测，球形热喷涂粉中的含氧质量百分比低于2％。
Claims (9)
1、一种活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)湿磨配制料浆：首先根据原料粉重量百分比，将Ti粉50％～75％和B4C粉25％～50％加入球磨机内，同时加入原料粉总重量60％～100％的无水乙醇后，湿磨，保持球磨罐的密闭，切断钛粉的氧化通道，原料粉的粒度达1微米～10微米；
(2)将湿磨好的浆料烘干，然后过筛，使粉末充分分散；
(3)将过筛后的混合粉加入去离子水，固相重量含量30％～50％，在磁力搅拌器的作用下加入0.5％～1.5％固相重量含量的聚乙烯醇粘结剂、0.2％～0.5％固相重量含量的分散剂，搅拌，聚乙烯醇充分分散在浆料中；
(4)喷雾干燥造粒：将配好的浆料在大气喷雾干燥器中进行喷雾造粒，严格控制进口温度在200℃～250℃，出口温度在90℃～110℃；
(5)筛分：将由步骤(4)中所得球形混合粉末按产品要求过双层震动筛，筛上粉末和筛下粉末均返回步骤(4)工序重新造粒，筛内物装入刚玉坩锅中；
(6)烧结：将装入粉料的刚玉坩锅置于连续烧结炉中，在氩气保护下烧结后，冷却至室温出炉；
(7)分级处理：将上述所得烧结粉末按照热喷涂工艺要求的粒度进行分级处理，即得目标产物。
2、根据权利要求1所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述湿磨，其时间为10小时～20小时。
3、根据权利要求1所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述烘干，其温度为50℃-65℃。
4、根据权利要求1或3所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述烘干，其时间为10小时～20小时。
5、根据权利要求1所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述搅拌，其时间为1小时～3小时。
6、根据权利要求1所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述连续烧结炉为真空碳管炉，氩气充入量使炉内保持负压。
7、根据权利要求1所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述烧结，其温度为650℃～800℃。
8、根据权利要求1或7所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述烧结，其时间为1小时～3小时。
9、根据权利要求1所述的活泼金属钛和碳化硼复合球形热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述分级处理，是将烧结粉采用双层旋振筛进行筛分或空气气流分选。
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