CN105369177A - 一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法 - Google Patents

一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，包括：将哈氏合金纳米粉加入水和分散剂，混合得到胶状物，搅拌，风干，得到团聚体颗粒；将上述团聚体颗粒进行等离子喷涂，即得。本发明工艺简单，效果明显，对环境无污染，且由于机械合金化工艺在制备纳米粉体方面的日益成熟，纳米粉体的生产成本也大幅度下降，本发明如结合机械合金化技术，则非常适宜在工业化生产中大量投用。

Description

一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法
技术领域
本发明属于纳米合金涂层的制备领域，特别涉及一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法。
背景技术
哈氏合金(HASTELLOYalloys)是目前世界公认的顶级抗腐蚀合金，其广泛应用于需要耐酸碱腐蚀设备的关键部件中，如金属酸洗设备、烟气脱硫净气器及核燃料再处理、垃圾焚烧等设备。在哈氏合金系列中，C-276哈氏合金由于铬、钼、钨或铌的含量较高、合金化程度较高，因此其耐酸碱腐蚀性能尤佳，是目前耐酸碱材料的最优材料，然而，由于C-276哈氏合金块材制备成本较高，因此限制了其大规模工业化应用。
等离子喷涂技术是将粉末材料送入等离子体(射频放电)中或等离子射流(直流电弧)中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。但涂层结构疏松、孔洞及裂纹的大量存在严重影响了等离子涂层的防腐蚀性能，在腐蚀环境中，腐蚀介质可穿透微孔洞及裂纹直接接触到被防护基体，从而使涂层丧失防护性能，该现象是目前等离子技术面临的主要问题。
随着纳米技术研究的不断深入，纳米粉体的应用越来越普遍，且由于机械合金化法制备纳米粉体技术的日益成熟，纳米粉体的制备成本也大幅度下降，这为纳米粉体在工业化大规模使用提供了前提条件。纳米技术与等离子技术相结合，采用纳米粉体作为等离子喷涂材料已成为等离子喷涂技术领域最新的研究课题，从目前纳米粉体在等离子喷涂技术应用研究情况来看，目前在热障涂层领域研究较为领先，且已经取得一定的效果，但从腐蚀领域来看，目前这一技术的研究还较为滞后。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，本发明工艺简单，效果明显，对环境无污染，且由于机械合金化工艺在制备纳米粉体方面的日益成熟，纳米粉体的生产成本也大幅度下降，本发明如结合机械合金化技术，则非常适宜在工业化生产中大量投用。
本发明的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，包括：
(1)将哈氏合金纳米粉加入水和分散剂，混合得到胶状物，搅拌，风干，得到团聚体颗粒；
(2)将上述团聚体颗粒进行等离子喷涂，即得耐酸碱纳米哈氏合金涂层。
所述步骤(1)中哈氏合金纳米粉为化学纯C-276哈氏合金纳米粉体。
所述步骤(1)中分散剂为聚丙烯酸。
所述步骤(1)中胶状物中固态物质的质量百分数为10-60％。
所述步骤(1)中搅拌时间为5-60min。
所述步骤(1)中风干为：热风机对胶状物进行风干，风干水的效率为5-8kg/h。
步骤(2)中等离子体喷涂的喷涂气体为氩气和辅助气体。
辅助气体为氦气与氢气，其中氦气与氢气的体积比为10-45:100。
等离子喷涂在低碳钢表面。(基体为Q235低碳钢)
所述低碳钢为Q235低碳钢。
本发明将纳米技术与等离子技术相结合制备耐酸碱纳米等离子哈氏涂层。由于纳米粉体质量小、流动性差的特点，在喷涂前对纳米粉体进行团聚处理，团聚处理后的颗粒尺寸可达到几十微米，但团聚体内部纳米粉体又具备纳米颗粒的特性，团聚处理后的颗粒可成功将纳米粉体喷涂至被防护基体表面，由于纳米粉体的独特的表面效应、小尺寸效应、高能效应等特殊性能，可使纳米粉体在喷涂过程中相互结合更加紧密，颗粒之间孔洞及裂纹更少，从而大幅度改善等离子涂层中孔洞及裂纹较多的问题。
本发明的是将市售化学纯C-276哈氏合金纳米粉体通过液相分散喷雾合成法进行团聚处理，处理后的团聚体直径在几十微米尺度范围内，这些团聚颗粒由几千个纳米颗粒组成，其流动性好，质量较大，适合作为等离子喷涂材料。将这些团聚颗粒作为等离子喷涂的材料，采用等离子喷涂技术喷涂在Q235低碳钢表面(基体为Q235低碳钢)。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气与氢气作为辅助喷涂气体，氦气与氢气的比值为10％-45％。
有益效果
(1)本发明采用液相分散喷雾合成法对哈氏合金纳米粉体进行团聚处理，而团聚颗粒中的每个纳米颗粒又保持纳米粉体的性能，从而在将无法直接作为喷涂材料的纳米粉体成功喷涂在低碳钢表面的同时，又保持了纳米颗粒涂层的性能，从而制备出性能远优于传统微粒的等离子涂层；
(2)由于纳米颗粒大的比表面积、小尺寸及高能效应，在喷涂过程中纳米粉体受热更均匀，颗粒之间结合更紧密，从而使纳米等离子涂层具有更少的气孔和裂纹，涂层结构更加致密，这解决了传统颗粒等离子涂层孔洞和裂纹较多，涂层结构疏松的问题，从而使涂层对基体具有更好的防护作用，这是等离子技术上的一个巨大的突破；
(3)C-276哈氏合金具有极强的耐酸碱性能，但由于其含贵金属较多，制备成本较高，在工业化大规模的生产使用受到限制，本发明所制备的高质量的哈氏合金涂层，可基本代替块材哈氏合金，但其成本却远远低于哈氏合金块材；
(4)本发明工艺简单，效果明显，对环境无污染，且由于机械合金化工艺在制备纳米粉体方面的日益成熟，纳米粉体的生产成本也大幅度下降，本发明如结合机械合金化技术，则非常适宜在工业化生产中大量投用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将市售化学纯C-276哈氏合金纳米粉体加入水及聚丙烯酸分散剂(体积可忽略不计)，使其混合物成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为15％，使用机械搅拌法对胶状物搅拌15min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7kg/h，风干后得到粒径为10μm-80μm形状为圆形的团聚体颗粒，这些颗粒流动性好，适合作为等离子喷涂材料。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气与氢气作为辅助喷涂气体，氦气与氢气的比值为10％。通过该方法将团聚体颗粒喷涂于Q235低碳钢表面。制备结束后，样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
实施例2
将市售化学纯C-276哈氏合金纳米粉体加入水及聚丙烯酸分散剂(体积可忽略不计)，使其混合物成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为25％，使用机械搅拌法对胶状物搅拌25min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7kg/h，风干后得到粒径为10μm-80μm形状为圆形的团聚体颗粒，并将这些颗粒作为等离子喷涂材料。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气与氢气作为辅助喷涂气体，氦气与氢气的比值为15％。通过该方法将团聚体颗粒喷涂于Q235低碳钢表面。制备结束后，样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
实施例3
将市售化学纯C-276哈氏合金纳米粉体加入水及聚丙烯酸分散剂(体积可忽略不计)，使其混合物成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为30％，使用机械搅拌法对胶状物搅拌35min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7kg/h，风干后得到粒径为10μm-80μm形状为圆形的团聚体颗粒，并将这些颗粒作为等离子喷涂材料。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气与氢气作为辅助喷涂气体，氦气与氢气的比值为25％。通过该方法将团聚体颗粒喷涂于Q235低碳钢表面。制备结束后，样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
实施例4
将市售化学纯C-276哈氏合金纳米粉体加入水及聚丙烯酸分散剂(体积可忽略不计)，使其混合物成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为35％，使用机械搅拌法对胶状物搅拌45min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7kg/h，风干后得到粒径为10μm-80μm形状为圆形的团聚体颗粒，将这些颗粒作为等离子喷涂材料。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气与氢气作为辅助喷涂气体，氦气与氢气的比值为35％。通过该方法将团聚体颗粒喷涂于Q235低碳钢表面。制备结束后，样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
实施例5
将市售化学纯C-276哈氏合金纳米粉体加水及聚丙烯酸分散剂(体积可忽略不计)，使其混合物成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为40％，使用机械搅拌法对胶状物搅拌50min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7kg/h，风干后得到粒径为10μm-80μm形状为圆形的团聚体颗粒，将这些颗粒作为等离子喷涂材料。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气与氢气作为辅助喷涂气体，氦气与氢气的比值为45％。通过该方法将团聚体颗粒喷涂于Q235低碳钢表面。制备结束后，样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
对每个实例处理后的样品进行表面微观形貌及在质量分数5％的盐酸及15％的氢氧化钠溶液中进行耐腐蚀性能测试，结果如下：
表1：通过实例处理后各样品性能
有实例测试情况来看，通过本发明所制备的C-276哈氏合金纳米涂层具有很强的耐酸碱腐蚀性能。

Claims (10)

1.一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，包括：
(1)将哈氏合金纳米粉加入水和分散剂，混合得到胶状物，搅拌，风干，得到团聚体颗粒；
(2)将上述团聚体颗粒进行等离子喷涂，即得耐酸碱纳米哈氏合金涂层。
2.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中哈氏合金纳米粉为化学纯C-276哈氏合金纳米粉体。
3.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中分散剂为聚丙烯酸。
4.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中胶状物中固态物质的质量百分数为10-60％。
5.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌时间为5-60min。
6.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中风干为：热风机对胶状物进行风干，风干水的效率为5-8kg/h。
7.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中等离子体喷涂的喷涂气体为氩气和辅助气体。
8.根据权利要求7所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：辅助气体为氦气与氢气，其中氦气与氢气的体积比为10-45:100。
9.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：等离子喷涂在低碳钢表面。
10.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂制备耐酸碱纳米哈氏合金涂层的方法，其特征在于：所述低碳钢为Q345低碳钢。
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