CN101214549A

CN101214549A - 适合于热喷涂的金属陶瓷复合粉体的制备方法

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Publication number: CN101214549A
Application number: CNA2008100559443A
Authority: CN
Inventors: 刘景辉; 闫世凯; 杨中元; 汪礼敏; 张景怀; 林锋
Original assignee: GRIPM ADVANCED MATERIALS (BEIJING) CO Ltd; Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: GRIPM ADVANCED MATERIALS (BEIJING) CO Ltd; Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2008-01-02
Filing date: 2008-01-02
Publication date: 2008-07-09

Abstract

制备的镍包氮化硼粉体具有完整的近球形形貌，适用于等离子喷涂及超音速火焰喷涂的适用于热喷涂的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法。技术方案是：包括下述步骤：配制浓度为1％～20％NaOH溶液、敏化液和活化液；(2)对六方氮化硼陶瓷粉末进行前处理，称取一定比例的六方氮化硼，使用步骤(1)配制的溶液进行前处理；(3)配制反应溶液；(4)将把步骤(2)中处理后的六方氮化硼及步骤(3)中配制的反应溶液同时加入到高压反应釜中进行反应，反应结束后冷却开釜卸料；(5)对所得的粉体进行洗涤过滤，洗涤后干燥，得到镍包氮化硼粉体。

Description

适合于热喷涂的金属陶瓷复合粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备工艺生产方法。该粉体材料相结构为包覆型复合粉末，具有松装密度高、流动性好等，适合于等离子喷涂及超音速火焰喷涂的特点。该种新型粉末材料特别适合用于制备可磨耗封严及自润滑涂层材料的前躯体，并可以单独作为可磨耗及自润滑涂层使用。

背景技术

为了提高航空发动机的效率以及降低油耗，应该尽量减少压气机、涡轮机叶尖与机匣之间的间隙。气路封严技术是提高发动机性能的重要手段。可磨耗封严涂层由于其生产工艺简便、返修和调整性能容易、封严效果好而在航空工业得到应用。采用热喷涂技术在压气机涡壳内表面喷涂可磨耗密封涂层，与压气机叶片尖部的硬质涂层形成一对可磨耗密封磨损副，在运行过程中能形成理想的径向气流间隙，获得最大的压差，从而显著提高发动机的功率，降低航空汽油的消耗，提高发动机整机一次试车合格率。可磨耗封严涂层大多由一定比例的金属相和具有自润滑作用的非金属的复合材料组成，还有较多的孔洞。其中金属相的作用是抗腐蚀、抗氧化，保证涂层自身的强度以及和基体的结合强度，常用的金属相有：镍、铝、铜及其合金等；非金属相的作用是保证了可磨耗性、减磨、抗粘着，常用的非金属相有石墨、二硫化钼、硅藻土、膨润土和高分子聚合物等。这些非金属相大多具有低的硬度、低的剪切强度和低的摩擦系数，而孔洞的存在会降低涂层的硬度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于热喷涂的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法。所制备的镍包氮化硼粉体具有完整的近球形形貌，松比＞2.50g/cm3，流动性＞30s/50g，适用于等离子喷涂及超音速火焰喷涂。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种适合于热喷涂的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

(1)、配制浓度为1％～20％NaOH溶液、敏化液和活化液；

(2)、对六方氮化硼陶瓷粉末进行前处理，按照每10g六方氮化硼约50ml～500ml NaOH溶液，50ml～500ml敏化液，及1～10ml活化液的比例称取六方氮化硼，使用步骤(1)配制的溶液进行前处理；

(3)、配制反应溶液；

(4)、将把步骤(2)中处理后的六方氮化硼及步骤(3)中配制的反应溶液同时加入到高压反应釜中，盖釜，旋紧，排气，搅拌，升温，当温度升高至反应温度时，通入氢气，开始反应并适时补气以保持氢气压力，反应结束后冷却开釜卸料；

(5)、对所得的粉体进行洗涤过滤，洗涤后干燥，得到镍包氮化硼粉体。

在所述步骤(1)中，所配制的NaOH溶液浓度优选为5％～10％；所配制的敏化液为PdCl₂溶液，活化液为SnCl₂溶液。

优选地，在所述步骤(2)中，优选地，六方氮化硼陶瓷粉末粒度为10～104μm；粉末的处理时间约为10～60min。

优选地，在所述步骤(3)中，所配制的反应溶液为10L，其中，镍离子浓度为10～60mol/L；硫酸铵浓度为100～300mol/L；镍氨摩尔浓度比1∶1.5～2.5。表面活性剂浓度为0.05～0.5g/l。

优选地，在所述步骤(3)中所采用的表面活性剂为蒽醌或茜素。

优选地，在所述步骤(4)中，反应温度为120℃～250℃；氢气分压为2～6MPa；搅拌速度为200～2000r/min；反应时间为10～60min。

优选地，在所述步骤(5)，在洗涤过程中，采用20～90℃的去离子水洗涤6～8遍，直至阴离子洗涤干净。

优选地，在所述步骤(5)，在干燥过程中，干燥的温度为80～120℃。

本发明提出的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体制备方法的特点是：

(1)本发明提出了一种新型的金属陶瓷复合粉体，粉体形貌为近球形；(2)本发明提出了镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体材料松比高，流动性好，特别适用于等离子喷涂及超音速火焰喷涂；(3)本发明提出了镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体材料特别适用于作为制备高温可磨耗涂层材料及前躯体材料；(4)本发明通过特有前处理工艺方法，有效改善六方氮化硼核心颗粒表面活性，使包覆的金属镍层连续、均匀、完整；(5)本发明所采用的高压氢还原工艺，包覆量精确且易于控制，可推广性强，易于工业化生产。

本发明的效果是：六方氮化硼为类石墨结构，具有良好的可磨耗性和自润滑性能，并且它优异的抗高温氧化能力，使得六方氮化硼在近年来被广泛的用于制备航空、航天涡轮发动机许多部件的高温可磨耗涂层。而直接使用六方氮化硼来进行喷涂来制备涂层很明显难以实现，因此采用金属或合金包覆六方氮化硼颗粒是一种很有效的手段。本专利采用金属镍包覆六方氮化硼陶瓷相，制备一种金属包覆陶瓷的复合粉体，具有松装密度高、流动性好等特点，适合于等离子喷涂及超音速火焰喷涂。该种粉末材料特别适合用于制备可磨耗封严及自润滑涂层材料的前躯体，并可以单独作为可磨耗及自润滑涂层使用。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

附图1本发明的工艺流程图；

附图2镍包氮化硼金属陶瓷复合粉末材料X射线衍射分析图；

附图3镍包氮化硼金属陶瓷复合粉末材料形貌扫描电镜照片；

附图4镍包氮化硼金属陶瓷复合粉末材料金相截面照片。

具体实施方式

实施例1：

用于生产镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，包括下列步骤：取26.3g六方氮化硼粉末进行预处理，加入200ml 10％的NaOH溶液煮沸30min时间，然后洗涤数次后，加入敏化液200ml并搅拌，敏化处理约5min时间，后洗涤数次后，加入5ml活化液处理约20分钟后洗涤数次后，干燥待用。

按照金属镍在所得粉末总质量中占95％的配制浓度为50g/l的硫酸镍溶液，浓度为150g/l的硫酸铵溶液，及按照镍氨1∶2比例的氨水，共10L。

称取2g的蒽醌作为活性剂，与配制好的混合溶液及活化处理后的六方氮化硼一起加入10L的高压反应釜进行包覆，封盖，排气，加热。当温度升高至145℃时，通入氢气4MPa，同时配以搅拌速度800r/m，反应过程中不断补充消耗的氢气，当压力表指针不变时，反应结束。冷却开釜，卸料，并清洗所得粉末。

采用真空干燥箱干燥将所制备的粉末干燥，干燥温度为80℃，干燥时间约为1h。粉末过筛(-140目～325目)即得到镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体材料产品，在其形貌为近球形包覆粉体。该粉末产品松比为2.77g/cm³，流动性为25s/50g。工艺流程图参见图1，图2为此实施例生产的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的X-ray衍射图谱，在图谱中可以看出，其衍射峰为镍和六方氮化硼，且六方氮化硼峰不明显，这说明此粉体的镍包覆层完整良好。图3图4为此粉体在扫描电镜下的形貌和截面照片，我们可以看出其形貌为近球形且包覆层均匀完整。

实施例2：

用于生产镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，包括下列步骤：取55.6g六方氮化硼粉末，加入200ml 10％的NaOH溶液煮沸30min时间，然后洗涤数次后，加入敏化液200ml并搅拌，敏化处理约5min时间，后洗涤数次后，加入5ml活化液处理约20分钟后洗涤数次后，干燥待用。

按照金属镍在所得粉末总质量中占90％的比例配制浓度为50g/l的硫酸镍溶液，浓度为150g/l的硫酸铵溶液，及按照镍氨1∶2比例的氨水，共10L。

称取2g的蒽醌作为活性剂，与配制好的混合溶液及活化处理后的六方氮化硼一起加入10L的高压反应釜，封盖，排气，加热。当温度升高至145℃时，通入氢气4MPa，同时配以搅拌速度800r/m，反应过程中不断补充消耗的氢气，当压力表指针不变时，反应结束。冷却开釜，卸料，并清洗所得粉末。

采用真空干燥箱干燥将所制备的粉末干燥，干燥温度为80℃，干燥时间约为1h。粉末过筛(-140目～325目)即得到镍包六方氮化硼复合粉末材料产品，在其形貌为近球形包覆粉体。该粉末产品松比为2.3g/cm³，流动性为28s/50g。

实施例3：

用于生产镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，包括下列步骤：取88.2g六方氮化硼粉末，加入200ml 10％的NaOH溶液煮沸30min时间，然后洗涤数次后，加入敏化液200ml并搅拌，敏化处理约5min时间，后洗涤数次后，加入5ml活化液处理约20分钟后洗涤数次后，干燥待用。

按照金属镍在所得粉末总质量中占85％的比例配制浓度为50g/l的硫酸镍溶液，浓度为150g/l的硫酸铵溶液，及按照镍氨1∶2比例的氨水，共10L。

称取2g的蒽醌，与配制好的混合溶液及活化处理后的六方氮化硼一起加入10L的高压反应釜，封盖，排气，加热。当温度升高至145℃时，通入氢气4MPa，同时配以搅拌速度800r/m，反应过程中不断补充消耗的氢气，当压力表指针不变时，反应结束。冷却开釜，卸料，并清洗所得粉末。

采用真空干燥箱干燥将所制备的粉末干燥，干燥温度为80℃，干燥时间约为1h。粉末过筛(-140目～325目)即得到镍包六方氮化硼复合粉末材料产品，在其形貌为近球形包覆粉体。该粉末产品松比为2.10g/cm³，流动性为29s/50g。

实施例4：

用于生产镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，包括下列步骤：取26.3g六方氮化硼粉末，加入500ml 10％的NaOH溶液煮沸30min时间，然后洗涤数次后，加入敏化液500ml并搅拌，敏化处理约5min时间，后洗涤数次后，加入10ml活化液处理约20分钟后洗涤数次后，干燥待用。

按照金属镍在所得粉末总质量中占95％的比例配制浓度为50g/l的硫酸镍溶液，浓度为150g/l的硫酸铵溶液，及按照镍氨1∶1.8比例的氨水，共10L。

称取2g的蒽醌，与配制好的混合溶液及活化处理后的六方氮化硼一起加入10L的高压反应釜，封盖，排气，加热。当温度升高至145℃时，通入氢气4MPa，同时配以搅拌速度1000r/m，反应过程中不断补充消耗的氢气，当压力表指针不变时，反应结束。冷却开釜，卸料，并清洗所得粉末。

采用真空干燥箱干燥将所制备的粉末干燥，干燥温度为80℃，干燥时间约为1h。粉末过筛(-140目～325目)即得到镍包六方氮化硼复合粉末材料产品，在其形貌为近球形包覆粉体。该粉末产品松比为2.70g/cm³，流动性为28s/50g。

Claims

1.一种适合于热喷涂的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

(1)、配制浓度为1％～20％NaOH溶液、敏化液和活化液；

(2)、对六方氮化硼陶瓷粉末进行前处理，按照每10g六方氮化硼约50ml～500mlNaOH溶液，50ml～500ml敏化液，及1～10ml活化液的比例称取六方氮化硼，使用步骤(1)配制的溶液进行前处理；

(3)、配制反应溶液；

2.根据权利要求1所述的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所配制的NaOH溶液浓度优选为5％～10％；所配制的敏化液为PdCl₂溶液，活化液为SnCl₂溶液。

3.根据权利要求1或2所述的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，六方氮化硼陶瓷粉末粒度为10～104μm；粉末的处理时间约为10～60min。

4.根据权利要求3所述的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所配制的反应溶液为10L，其中，镍离子浓度为10～60mol/L；硫酸铵浓度为100～300mol/L；镍氨摩尔浓度比1∶1.5～2.5。表面活性剂浓度为0.05～0.5g/l。

5.根据权利要求4所述的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中所采用的表面活性剂为蒽醌或茜素。

6.根据权利要求1或2所述镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，反应温度为120℃～250℃；氢气分压为2～6MPa；搅拌速度为200～2000r/min；反应时间为10～60min。

7.根据权利要求5所述的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(5)，在洗涤过程中，采用20～90℃的去离子水洗涤6～8遍，直至阴离子洗涤干净。

8.根据权利要求6所述的镍包氮化硼金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：在所述步骤(5)，在干燥过程中，干燥的温度为80～120℃。