CN105886995A - 一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：a、将质量百分比为10～15％的硼酸粉末溶解于85～90％的热水中，得到硼酸水溶液；b、将碳化硼粉末加入到所述硼酸水溶液中得到粉末胶体，c、将所述碳化硼喷涂粉料采用真空等离子体喷涂技术喷涂到金属基体表面，d、在步骤c中得到的涂层表面放置Al‑Si或Al‑Mg合金块体或者粉末，得到铝合金结合碳化硼复合涂层。本发明具有将表面改性后的B4C粉末喷涂到基体表面上，再将铝合金充填到涂层孔隙中，提高铝合金与碳化硼陶瓷的润湿性和结合力，得到全致密且与基体实现紧固结合的碳化硼/铝复合涂层和制备工艺简单、效率高、成本低，容易进行工业放大的优点。

Description

一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及属于辐射防护技术领域，涉及碳化硼/铝复合材料的制备工艺，具体地说，是一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法。
背景技术
碳化硼是一种优异的结构陶瓷材料，具有轻质、耐磨等优点，并具有较高的中子吸收能力，是一种理想的中子吸收材料。碳化硼的耐氧化性较差，尤其是耐原子氧腐蚀的能力较差。将碳化硼与铝合金结合，将铝合金的抗氧化性与碳化硼的耐磨及抗核辐射性能相结合，将其制备成复合涂料涂覆在一些特定的构件表面，将成为一种具有良好综合防护性能的材料。
中国专利CN200810161815.2公开了一种镀镍碳化硼-铝复合涂层的制备方法，首先在碳化硼粉体表面进行化学镀镍，再与铝粉末进行混合后，经喷涂得到复合涂层。这种技术由于使用了大量的化学药剂而具有一定的环境约束，且得到的复合涂层与常规热喷涂得到的涂层类似，具有较多的孔隙，涂层与基体的结合力也较弱。
因此已知的碳化硼/铝复合涂层的制备方法存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种抗氧化性与抗核辐射性能相结合的碳化硼/铝复合涂层的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将质量百分比为10～15％的硼酸粉末溶解于85～90％的热水中，得到硼酸水溶液；
b、将碳化硼粉末加入到所述硼酸水溶液中得到粉末胶体，将粉末胶体放入球磨机中球磨4～6h，球磨机转速为300～500r/min，球磨后的粉末胶体在80℃的热风机中保温1h烘干，得到碳化硼喷涂粉料；
c、将所述碳化硼喷涂粉料采用真空等离子体喷涂技术喷涂到金属基体表面；
d、在步骤c中得到的涂层表面放置Al-Si或Al-Mg合金块体或者粉末，在真空炉中加热到750～850℃保温0.5～1h，Al-Si或Al-Mg合金熔化后浸渗到涂层的孔隙中；清理涂层表面多余的铝合金材料，得到铝合金结合碳化硼复合涂层。
本发明的碳化硼/铝复合涂层的制备方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的方法，其中所述碳化硼喷涂粉料中碳化硼与硼酸的质量分数比为85/15～94/6。
前述的方法，其中所述Al-Si或Al-Mg合金中的Si或Mg的质量分数为6～15％，其余为Al。
前述的方法，其中所述真空等离子体喷涂工艺参数为等离子弧电流400～500A，等离子弧电压55～60V，送粉速率10～15g/min，喷涂距离90mm，等离子体气体Ar流量80dm3/min，等离子体气体H2流量20dm3/min，送粉等离子体气体Ar压力0.3MPa。l
前述的方法，其中所述金属基体为所述金属基体为Al-Si或Al-Mg合金。
采用上述技术方案后，本发明的碳化硼/铝复合涂层的制备方法具有以下优点：
1、采用等离子喷涂方法将表面改性后的B4C粉末喷涂到基体表面上，再通过熔浸技术将铝合金充填到涂层孔隙中，提高了铝合金与碳化硼陶瓷的润湿性和结合力，可以得到全致密且与基体实现紧固结合的碳化硼/铝复合涂层；
2、制备工艺简单、效率高、成本低，容易进行工业放大。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量百分比为10％的硼酸粉末溶解于90％的热水中，得到硼酸水溶液；
(2)将碳化硼粉末加入到上述硼酸水溶液中得到粉末胶体，将粉末胶体放入球磨机中球磨6h，球磨机转速为500r/min，球磨后的粉末胶体在80℃的热风机中保温1h烘干，得到碳化硼喷涂粉料；
(3)将上述喷涂粉料采用等离子喷涂到金属基体表面；
(4)在得到的涂层表面放置Al-Si合金块体，合金中Si的质量含量为12％，在真空炉中加热到850℃保温0.5h，Al-Si合金熔化后浸渗到涂层的孔隙中；清理涂层表面多余的铝合金材料，得到碳化硼/铝复合涂层。
实施例2
一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量百分比为15％的硼酸粉末溶解于85％的热水中，得到硼酸水溶液；
(2)将碳化硼粉末加入到上述硼酸水溶液中得到粉末胶体，将粉末胶体放入球磨机中球磨5h，球磨机转速为400r/min，球磨后的粉末胶体在80℃的热风机中保温1h烘干，得到碳化硼喷涂粉料；
(3)将上述喷涂粉料采用等离子喷涂到金属基体表面；
(4)在得到的涂层表面放置Al-Mg合金块体，合金中Mg的质量含量为10％，在真空炉中加热到800℃保温1h，Al-Mg合金熔化后浸渗到涂层的孔隙中；清理涂层表面多余的铝合金材料，得到碳化硼/铝复合涂层。
本发明具有实质性特点和显著的技术进步，本发明的碳化硼/铝复合涂层的制备方法对B4C粉末进行预处理，在碳化硼粉末表面包覆一层硼酸，包覆层材料在加热过程中首先分解为B2O3，提高了碳化硼与铝合金的润湿性，而铝合金中的镁或硅元素可以进一步提高铝合金的熔渗能力。通过二次熔渗处理，不仅得到了全致密的复合涂层，且由于铝合金熔渗过程产生的合金化作用，提高了复合涂层与基体的结合力。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (5)

1.一种碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将质量百分比为10～15％的硼酸粉末溶解于85～90％的热水中，得到硼酸水溶液；
b、将碳化硼粉末加入到所述硼酸水溶液中得到粉末胶体，将粉末胶体放入球磨机中球磨4～6h，球磨机转速为300～500r/min，球磨后的粉末胶体在80℃的热风机中保温1h烘干，得到碳化硼喷涂粉料；
c、将所述碳化硼喷涂粉料采用真空等离子体喷涂技术喷涂到金属基体表面；
d、在步骤c中得到的涂层表面放置Al-Si或Al-Mg合金块体或者粉末，在真空炉中加热到750～850℃保温0.5～1h，Al-Si或Al-Mg合金熔化后浸渗到涂层的孔隙中；清理涂层表面多余的铝合金材料，得到铝合金结合碳化硼复合涂层。
2.如权利要求1所述的碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于，所述碳化硼喷涂粉料中碳化硼与硼酸的质量分数比为85/15～94/6。
3.如权利要求1所述的碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于，所述Al-Si或Al-Mg合金中的Si或Mg的质量分数为6～15％，其余为Al。
4.如权利要求1所述的碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于，所述真空等离子体喷涂工艺参数为等离子弧电流400～500A，等离子弧电压55～60V，送粉速率10～15g/min，喷涂距离90mm，等离子体气体Ar流量80dm3/min，等离子体气体H2流量20dm3/min，送粉等离子体气体Ar压力0.3MPa。
5.如权利要求1所述的碳化硼/铝复合涂层的制备方法，其特征在于，所述金属基体为Al-Si或Al-Mg合金。
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