CN107243640A - 一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体及其制备方法 - Google Patents

一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米复合材料的技术领域，公开了一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体及其制备方法。所述方法为：(1)将20～40wt.％TiB2粉末和60～80wt.％NiCrCoAlY粉末混合均匀，得到NiCrCoAlY‑TiB2混合粉；(2)将NiCrCoAlY‑TiB2混合粉和过程控制剂置于球磨机中，在惰性气气氛中进行湿磨，干燥处理，冷却，得到复合粉末；(3)在惰性气气氛下，将复合粉末进行球磨处理，等离子球化，得到高性能金属陶瓷纳米复合粉体。所述复合粉体高温耐磨、抗热疲劳、抗腐蚀和抗高温氧化性能，其流动性、致密度好，粒径仍主要集中在5～50μm；制备方法简单易操作，对环境友好。

Description

一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体及其制 备方法
技术领域
本发明属于纳米复合材料领域，具体的涉及一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体(NiCrCoAlY-TiB2复合粉体)及其制备方法。
背景技术
我国的天然能源中，煤炭占据了相当大比例，约为77％，这在一定程度上决定了它能源消耗主力的属性，在天然能源的消费中占比约70％，而发电所消耗的煤炭量可达其全部消耗的一半，其中火力发电作为我国的主要发电形式，占全国发电总量的比例超过80％。因此火力发电机组的安全运行至关重要。确保火力发电机组安全经济运行的首要任务就是降低机组的强迫停机事故。火力发电机组的过热器管、再热器管、水冷壁管和省煤气管(即锅炉“四管”)几乎包含了锅炉的所有工作面，既承受内部工作介质的超高压和化学物质的侵蚀，又受到外部高温，磨损和烟气腐蚀的作用，造成锅炉管道以1mm/年的速度持续减薄，严重时会发生管道爆漏事故，不仅提高了运行成本，还增大了维护，维修成本以及安全隐患。据统计，由于锅炉"四管"失效而引起的机组被迫停运已经成为发电厂主要事故之一。
锅炉管道问题的实质是需要材料具备耐高温，抗高温氧化，抗腐蚀以及耐高温磨损等性能。目前比较经济简单又高效的方法是在材料表面覆盖上防护涂层，可以通过采用各种表面处理技术达到此目的，如CVD、PVD、电解沉积和热喷涂等。关于锅炉“四管”的涂层防护问题，国内外早已有几十年的研究，经过试验、运用，研究者指出热喷涂工艺制备涂层是有效、经济的途径。
目前市场上应用最多的金属陶瓷复合涂层是WC系和Cr3C2系，其工业生产工艺已经相当成熟，受到广泛应用。WC系金属陶瓷涂层具有代表性的有WC-Co和WC-10Co4Cr涂层。WC陶瓷涂层具有优良的耐磨性能、较高的硬度以及沉积效率，而且其成本低，是各种耐磨防护涂层的首选。但是，WC系涂层使用温度不能超过450℃，高温和氧化性气氛极易使WC氧化脱碳，形成W2C、金属W甚至Co基固溶体。尽管Cr3C2-NiCr复合涂层的使用温度高达900℃，但是Cr3C2的本征硬度值低，耐磨性不如WC涂层。另一方面，Cr3C2在喷涂过程中也会一定程度的发生脱碳氧化，从而影响涂层的性能。所以，WC系和Cr3C2系陶瓷涂层都不适合于锅炉管道防护涂层，不符合耐高温、抗高温氧化和良好的耐磨损性能的要求。
与常规涂层相比，纳米结构涂层由于本身的特殊性使得其具有更高的硬度、断裂韧性、耐磨性和耐腐蚀性等特点，在众多工业领域得到广泛的应用，而成功制备纳米结构涂层的关键之处在于如何制备具有纳米结构的喷涂喂料。纳米粉末不能直接用于热喷涂，这主要是因为：1)纳米粉末粒径太小，热喷涂过程中极易烧损；2)纳米粉末比表面积大，化学活性高，易吸附在送粉管壁，造成送粉困难甚至堵枪。因此，通常情况下都需要经过特定的方法使其形成粒度在微米级别的适合热喷涂用的纳米结构喂料。
本发明以高能球磨法制备纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉，以等离子球化技术将NiCrCoAlY-TiB2复合粉进行纳米重构，且可将其作为热喷涂用结构喂料。纳米复合涂层的力学性能和耐磨耐蚀性能都得到了较大幅度的提高，具有很好的综合性能和使用价值，为高性能纳米涂层的制备和应用提供了新的途径和科学依据。
发明内容
本发明提供了一种流动性好、致密性高，可直接用作超音速火焰(AC-HVAF)喷涂的NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料及其制备方法，采用高能球磨和等离子球化相结合的工艺，大大提高了粉末利用率，该制备方法工艺简单易操作，对环境友好，制备的纳米复合结构喂料性能优异。
一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20～40wt.％TiB2粉末和60～80wt.％NiCrCoAlY粉末混合均匀，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
(2)将NiCrCoAlY-TiB2混合粉和过程控制剂置于球磨机中，在惰性气气氛中进行湿磨，得到复合粉末A；
(3)将复合粉末A进行干燥处理，然后冷却，得到复合粉末B；
(4)在惰性气气氛下，将复合粉末B进行球磨处理，得到复合粉末C；
(5)将复合粉末C进行等离子球化，得到高性能金属陶瓷纳米复合粉体。
所述NiCrCoAlY粉末为镍基合金粉末。
步骤(1)中所述混合的时间为5～12h；所述混合的转速为50-100r/min。
步骤(2)中所述球磨机所采用的磨球为GCr15磨球。
步骤(2)中所述过程控制剂为无水乙醇、甲醇或硬脂酸中一种以上。过程控制剂作用是：一，通过密封球磨罐内过程控制剂的挥发-冷却-挥发，降低球磨环境温度，防止发生冷焊和结块；二，球磨后，粉末颗粒不断变小，过程控制剂黏附在细小颗粒上，降低颗粒比表面积，从而降低颗粒活性，防止颗粒间发生硬团聚)。
步骤(2)中所述过程控制剂与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比为(0.3-0.6):1；所述球磨机中磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:(8-12)。
步骤(2)中所述球磨机的转速为320-400r/min，球磨时间为12-20h。
步骤(2)中所述惰性气为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气，优选为氩气。
步骤(3)中所述干燥是指在80～100℃下真空干燥2～3h。
步骤(4)中所述球磨的方式具体为每球磨40～55min后停机5～20min，再反向球磨40～55min，依次循环；球磨总的时间为2-3h。
步骤(4)中所述球磨的转速为200-250r/min；所述球磨采用的磨球为GCr15磨球。
步骤(4)中所述球磨机中磨球与复合粉末B的质量比是1:(8-12)。
步骤(4)中所述惰性气为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气，优选为氩气。
步骤(5)中所述等离子球化的条件为：送粉率为30～70g/min，载气为氩气，载气的流速为40～60L/min；采用氩气和氢气的混合气作为等离子体鞘气，流速为70～110L/minAr+5～20L/minH2，优选为90L/min Ar+9L/minH2。
步骤(5)中所述等离子球化的条件还包括等离子体炬速度为30～50m/s(等离子体炬速度为产生的等离子体的速度，影响送粉速率和粉末熔化速度；速率过高会使粉末的纳米结构破坏，纳米晶迅速长大；速率过低会导致粉末部分未熔，影响成粉质量)；等离子体振荡频率为0.8～17MHz，粉末收集室压力为55～90MPa。
步骤(5)中所述等离子球化的条件还包括载气送粉方式为轴向注入。
所述等离子球化的装置中粉末喷射器置于感应线圈的第一圈(粉末快速雾化避免纳米晶长大)。
本发明进行等离子球化所采用的设备为加拿大泰克纳等离子体系统公司生产的型号为TekNano-40的等离子纳米球化系统。
所述高性能金属陶瓷纳米复合粉体通过上述方法制备得到。所述复合粉体的粒径为5μm～50μm。
所述高性能金属陶瓷纳米复合粉体用作热喷涂结构喂料，用于锅炉涂层。
TiB2具有超高硬度(显微硬度34GPa)、高熔点(2980℃)、优异的抗高温氧化(空气中1000℃)等特性，表现出极好的耐磨、耐蚀和耐高温性能。因此，M-TiB2金属陶瓷复合涂层被认为是替代传统涂层应用于450℃～1000℃高温耐磨场合的最佳候选涂层材料之一。
本发明的球磨过程分成两个阶段，即先进行湿磨再干磨，与传统制备工艺中只进行干磨的制备工艺相比，本发明增加了湿磨步骤，大颗粒在球磨介质研磨和冲击作用下出现裂纹，过程控制剂(如无水乙醇)可以进入形成的裂纹缝隙，阻挡了裂纹的闭合，从而会有效地使裂纹快速扩展下去，大大提高球磨效率；而且，在干磨过程中容易发生结块，冷焊等问题，制粉成功率不稳定，改成湿磨之后，制粉成功率在不出现明显人工操作失误的情况下几乎可达到百分之百；如果只采用干磨，得到的粉末粒径分布范围广，过筛后符合要求粉末占比不足三分之一，粉末利用率低，现改为湿磨与干磨相结合的工艺，粉末利用率得到极大提高，符合要求粒径(5～50μm)的粉末占比超过80％。
本发明的原理是，在高能球磨过程中，由于磨球之间、磨球与磨罐之间以极高的频率不断发生碰撞，从而将机械能传递给夹杂在其间的粉体，使这些粉体也受到碰撞挤压作用。在这个过程中，球磨体系中的延性组元Ni和Cr首先产生强烈的塑性变形与冷焊，而脆性组元TiB2除了破碎细化和被挤压入NiCrCoAlY粉中以外几乎不发生形变。随着球磨时间的增加，单个颗粒的变形达到一定程度，导致裂纹萌生、扩展并最终断裂。与此同时，脆性相TiB2与Ni基体又互不相溶，粒子致使TiB2粒子进一步细化且弥散分布。在此过程中，延性组元的冷焊与断裂、脆性组元的细化和弥散分布交替进行，造成颗粒尺寸不断减小最终达到纳米级别。颗粒在减小到一定程度时，彼此之间的吸附力开始增加，导致颗粒之间发生团聚。当颗粒破碎断裂与冷焊、团聚速率达到平衡时，颗粒尺寸不在发生变化。
与传统制粉工艺相比，本发明新增的等离子球化工艺。作为热喷涂结构喂料的粉体要求具备良好的致密性和优异的流动性能。结构喂料的形貌特征、流动性、粒径范围、粉末的团聚性、颗粒内部致密化程度等因素，直接影响涂层的性能。高能球磨制备的粉体，虽然已经达到了纳米复合状态，颗粒也由不规则球磨成椭圆状甚至近似球状，但是其致密性和流动性仍需要进一步提高，以制备出更高质量的涂层。等离子球化技术可在不改变复合颗粒纳米结构、粒径分布、相组成和组织结构等的情况下，对复合颗粒进行纳米重构，使其成为表面光滑，组织致密，流动性优异的粉末颗粒。
本发明的原理是，在等离子球化过程中，等离子体作为热源，其温度可达上万度甚至几十万摄氏度，能够瞬间将粉末颗粒熔化，熔融的颗粒依靠表面张力作用，由于巨大的温度梯度以及冷却系统，快速冷却凝固，成为球形度非常高的固态颗粒。这一过程只是将不规则的纳米复合粉末重构成球形颗粒，而不改变粉末的粒径大小。经过高温热源熔化再快速凝固成形的过程中，粉末由碎片化聚集变成熔化结合，颗粒由内至外的致密性得到显著提高，表面粗糙度也得到大幅度的改善。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明采用NiCrCoAlY-TiB2复合粉末作为热喷涂结构喂料，TiB2能在1000℃以下保持良好的红硬性，提高涂层高温耐磨性能；NiCrCoAlY合金一方面在涂层中作为粘结相，可以有效提高涂层的结合强度和韧性，另一方面NiCrCoAlY中Cr和Al在高温形成的氧化膜能大幅度提高涂层的抗高温氧化能力，Ni、Co和Al提高润湿性，从而增强基体之间(如：合金钢12CrMoV)的粘结；总之，NiCrCoAlY-TiB2金属陶瓷纳米复合涂层兼备优异的高温耐磨、抗热疲劳、抗腐蚀和抗高温氧化性能，可以作为锅炉四管的表面防护涂层。
(2)本发明采用高能球磨法将TiB2粉末和NiCrCoAlY粉末进行稳定纳米复合，陶瓷相TiB2均匀弥散分布在粘结相NiCrCoAlY上，优化球磨工艺可使80％NiCrCoAlY-TiB2粉末颗粒尺寸集中在5μm～50μm；
(3)高能球磨粉末经过等离子球化，其流动性、致密度等物理性能得到大幅度提高，球化颗粒仍然保持TiB2纳米晶均匀弥散分布在粘结相NiCrCoAlY上，微米(接近纳米)复合结构没有被破坏，并且粉末颗粒粒径未发生变化，粒径仍主要集中在5～50μm，符合超音速火焰喷涂对粒径的要求；
(4)粉末制备方法简单易操作，对环境友好，制备得到的NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料性能优异，利用超音速火焰喷涂技术可在锅炉钢上制备出高质量的微米复合涂层。
附图说明
图1为实施例1中NiCrCoAlY-TiB2混合粉的SEM图；
图2为实施例1制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图；
图3为实施例1中NiCrCoAlY-TiB2混合粉、高能球磨粉和等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的XRD图；其中a为NiCrCoAlY-TiB2混合粉，b为高能球磨粉，c为等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料；
图4为实施例1中高能球磨粉(球磨粉末)和等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料(球化粉末)的粒度分析图；
图5为实施例1中等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料截面的TEM图；
图6为实施例2中等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图；
图7为实施例3中等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图；
图8为实施例4中等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图；
图9为对比例1中NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步地详细描述，但本发明的实施方式不限于此。采用Philips X Pert Pro M(Cu Kα)X-ray衍射仪(XRD)、JEM-2100F场发射透射电子显微镜(TEM)、NOVA NANOSEM 430高倍电镜(SEM)和LA-960S激光散射粒度分布分析仪等科研仪器对粉末的微观组织结构、物相组成以及粒度分布等性能进行表征和分析。
实施例中选用的NiCrCoAlY粉和TiB2粉的成分见下表：
实施例1
一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷纳米复合粉体即纳米复合结构喂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将40wt.％TiB2粉末(中值粒径D50＝3～5μm，纯度99.5％)和60wt.％NiCrCoAlY粉(成都大光热喷涂材料有限公司生产的NiCrCoAlY镍基商用喷涂粉(-320/+500目细粉))放入混料机中预混12h，混料机的转速为80r/min，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
2)将步骤1)所得的NiCrCoAlY-TiB2混合粉与GCr15磨球放入球磨机，GCr15磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:10，并添加无水乙醇作为过程控制剂，其中，无水乙醇与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是0.6:1，在高纯氩气作为保护气体的氛围内，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行湿磨20h，球磨机转速为350r/min，即得到复合粉末A；
3)将步骤2)所得的复合粉末A放入真空干燥箱中，在100℃下保温2h，将无水乙醇挥发掉，冷却到室温后，得到干燥的复合粉末A；
4)将步骤3)所得的干燥的复合粉末A与GCr15磨球放入球磨机中，GCr15磨球与干燥的复合粉末A的质量比是1:10，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行干磨，球磨机的转速是200r/min，每球磨50min后停机10min，再反向球磨50min，依次循环，球磨时间是2h，得到高能球磨粉体即高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体；
5)将高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体由高压水冷不锈钢喷嘴轴向输入反应室中，送粉速率为45g/min，送粉载气选择氩气，流速为40L/min，采用氩氢混合气作为等离子体鞘气，流速为90L/min Ar+9L/minH2，离子体炬速度为40m/s，等离子体振荡频率为8MHz，粉末收集室压力为70MPa，离子球化，得到等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料即高性能金属陶瓷纳米复合粉体。本实施例制备的高性能金属陶瓷纳米复合粉体的粒径为D50＝42μm。
本实施例的NiCrCoAlY-TiB2混合粉和等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图如图1和图2所示；原始混合粉体、高能球磨粉体和等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的XRD图如图3所示；对高能球磨粉体和等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料分别采样并采用激光粒度分析仪分析，粒度分析图如图4所示；等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料截面的TEM图如图5所示。
本实施例制得的高性能金属陶瓷纳米复合粉体呈球状，流动性优异，致密性良好，可直接用于超音速火焰(AC-HVAF)喷涂。
实施例2
一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷纳米复合粉体即纳米复合结构喂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将40wt.％TiB2粉末和60wt.％NiCrCoAlY粉放入混料机中预混12h，混料机的转速为80r/min，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
2)将步骤1)所得的NiCrCoAlY-TiB2混合粉与GCr15磨球放入球磨机，GCr15磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:10，并添加无水乙醇作为过程控制剂，其中，无水乙醇与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是0.3:1，在高纯氩气作为保护气体的氛围内，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行湿磨12h，球磨机转速为350r/min，即得到复合粉末A；
3)将步骤2)所得的复合粉末A放入真空干燥箱中，在100℃下保温2h，将无水乙醇挥发掉，冷却到室温后，得到干燥的复合粉末A；
4)将步骤3)所得的干燥的复合粉末A与GCr15磨球放入球磨机中，GCr15磨球与干燥的复合粉末A的质量比是1:10，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行干磨，球磨机的转速是200r/min，每球磨50min后停机10min，再反向球磨50min，依次循环，球磨时间是2h，得到高能球磨粉体即高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体；
5)将高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体由高压水冷不锈钢喷嘴轴向输入反应室中，送粉速率为45g/min，送粉载气选择氩气，流速为40L/min，采用氩氢混合气作为等离子体鞘气，流速为90L/min Ar+9L/minH2，离子体炬速度为40m/s，等离子体振荡频率为8MHz，粉末收集室压力为70MPa，离子球化，得到等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料即高性能金属陶瓷纳米复合粉体。本实施例制备的高性能金属陶瓷纳米复合粉体的粒径为D50＝35μm。
本实施例制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图如图6所示。
本实施例制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料呈球状，流动性优异，致密性良好，可直接用于超音速火焰(HVOF)喷涂。
实施例3
一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷纳米复合粉体即纳米复合结构喂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将40wt.％TiB2粉末和60wt.％NiCrCoAlY粉放入混料机中预混12h，混料机的转速为80r/min，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
2)将步骤1)所得的NiCrCoAlY-TiB2混合粉与GCr15磨球放入球磨机，GCr15磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:10，并添加无水乙醇作为过程控制剂，其中，无水乙醇与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是0.3:1，在高纯氩气作为保护气体的氛围内，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行湿磨12h，球磨机转速为350r/min，即得到复合粉末A；
3)将步骤2)所得的复合粉末A放入真空干燥箱中，在100℃下保温2h，将无水乙醇挥发掉，冷却到室温后，得到干燥的复合粉末A；
4)将步骤3)所得的干燥的复合粉末A与GCr15磨球放入球磨机中，GCr15磨球与干燥的复合粉末A的质量比是1:10，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行干磨，球磨机的转速是200r/min，每球磨50min后停机10min，再反向球磨50min，依次循环，球磨时间是2h，得到高能球磨粉体即高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体；
5)将高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体由高压水冷不锈钢喷嘴轴向输入反应室中，送粉速率为48g/min，送粉载气选择氩气，流速为45L/min，采用氩氢混合气作为等离子体鞘气，流速为90L/min Ar+9L/minH2，离子体炬速度为40m/s，等离子体振荡频率为8MHz，粉末收集室压力为70MPa，离子球化，得到等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料即高性能金属陶瓷纳米复合粉体。本实施例制备的高性能金属陶瓷纳米复合粉体的粒径为D50＝40μm。
本实施例制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图如图7所示。
本实施例制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料呈球状，流动性优异，致密性良好，可直接用于超音速火焰(HVOF)喷涂。
实施例4
一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷纳米复合粉体即纳米复合结构喂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将40wt.％TiB2粉末和60wt.％NiCrCoAlY粉放入混料机中预混12h，混料机的转速为80r/min，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
2)将步骤1)所得的NiCrCoAlY-TiB2混合粉与GCr15磨球放入球磨机，GCr15磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:10，并添加无水乙醇作为过程控制剂，其中，无水乙醇与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是0.3:1，在高纯氩气作为保护气体的氛围内，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行湿磨15h，球磨机转速为350r/min，即得到复合粉末A；
3)将步骤2)所得的复合粉末A放入真空干燥箱中，在100℃下保温2h，将无水乙醇挥发掉，冷却到室温后，得到干燥的复合粉末A；
4)将步骤3)所得的干燥的复合粉末A与GCr15磨球放入球磨机中，GCr15磨球与干燥的复合粉末A的质量比是1:10，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行干磨，球磨机的转速是200r/min，每球磨50min后停机10min，再反向球磨50min，依次循环，球磨时间是2h，得到高能球磨粉体即高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体；
5)将高能球磨的纳米NiCrCoAlY-TiB2复合粉体由高压水冷不锈钢喷嘴轴向输入反应室中，送粉速率为60g/min，送粉载气选择氩气，流速为55L/min，采用氩氢混合气作为等离子体鞘气，流速为90L/min Ar+9L/minH2，离子体炬速度为40m/s，等离子体振荡频率为8MHz，粉末收集室压力为70MPa，离子球化，得到等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料即高性能金属陶瓷纳米复合粉体。本实施例制备的高性能金属陶瓷纳米复合粉体的粒径为D50＝45μm。
本实施例制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料的SEM图如图8所示。
本实施例制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料呈球状，流动性优异，致密性良好，可直接用于超音速火焰(HVOF)喷涂。
对比例
仅采用高能球磨法制备对比例1的NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料。
一种NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将40wt.％TiB2粉末和60wt.％NiCrCoAlY粉放入混料机中预混12h，混料机的转速为80r/min，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
2)将步骤1)所得的NiCrCoAlY-TiB2混合粉与GCr15磨球放入球磨机，GCr15磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:10，并添加无水乙醇作为过程控制剂，其中，无水乙醇与混合粉末的质量比是0.6:1，在高纯氩气作为保护气体的氛围内，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行湿磨20h，球磨机转速为350r/min，即得到复合粉末A；
3)将步骤2)所得的复合粉末A放入真空干燥箱中，在100℃下保温2h，将无水乙醇挥发掉，冷却到室温后，得到干燥的复合粉末A；
4)将步骤3)所得的干燥的复合粉末A与GCr15磨球放入球磨机中，GCr15磨球与干燥的复合粉末A的质量比是1:10，使用KEQ-2L全方位行星式球磨机进行干磨，球磨机的转速是200r/min，每球磨50min后停机10min，再反向球磨50min，依次循环，球磨时间为2h，得到NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料。本实施例制备的NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料的SEM图如图9所示。
本实施例制备的NiCrCoAlY-TiB2复合结构喂料的粒径D50＝48μm。
从图9可知，该对比例由于仅采用高能球磨法，制备的纳米复合结构喂料粉末粒径分布范围广，复合颗粒呈棒状或块状，流动性差，表面聚集不规则细小颗粒，致密性低，不符合热喷涂对结构喂料的性能要求。
而实施例1-4采用高能球磨技术和等离子球化技术相结合，制备的等离子球化NiCrCoAlY-TiB2结构喂料，粉末利用率高，过筛后符合要求粉末超过80％。不管是通过SEM观察形貌，还是通过Hausner(豪斯纳法)测量粉末流动性，其流动性均低于本发明的实施例1-4。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但是本发明的实施方式不受上述实例限制，其他的任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效。

Claims (10)

1.一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将20～40wt.％TiB2粉末和60～80wt.％NiCrCoAlY粉末混合均匀，得到NiCrCoAlY-TiB2混合粉；
(2)将NiCrCoAlY-TiB2混合粉和过程控制剂置于球磨机中，在惰性气气氛中进行湿磨，得到复合粉末A；
(3)将复合粉末A进行干燥处理，然后冷却，得到复合粉末B；
(4)在惰性气气氛下，将复合粉末B进行球磨处理，得到复合粉末C；
(5)将复合粉末C进行等离子球化，得到高性能金属陶瓷纳米复合粉体。
2.根据权利要求1所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述等离子球化的条件为：送粉率为30～70g/min，载气为氩气，载气的流速为40～60L/min；采用氩气和氢气的混合气作为等离子体鞘气，流速为70～110L/min Ar+5～20L/minH2。
3.根据权利要求2所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述等离子球化的条件还包括等离子体炬速度为30～50m/s；等离子体振荡频率为0.8～17MHz，粉末收集室压力为55～90MPa；
步骤(5)中所述等离子球化的条件还包括载气送粉方式为轴向注入；
所述等离子球化所采用的装置中粉末喷射器置于感应线圈的第一圈。
4.根据权利要求1所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述过程控制剂为无水乙醇、甲醇或硬脂酸中一种以上；
步骤(4)中所述球磨的方式具体为每球磨40～55min后停机5～20min，再反向球磨40～55min，依次循环；球磨总的时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述球磨机的转速为320-400r/min，球磨时间为12-20h；
步骤(4)中所述球磨的转速为200-250r/min。
6.根据权利要求1所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述过程控制剂与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比为(0.3-0.6):1；所述球磨机中磨球与NiCrCoAlY-TiB2混合粉的质量比是1:(8-12)；
步骤(4)中所述球磨机中磨球与复合粉末B的质量比是1:(8-12)。
7.根据权利要求1所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述惰性气为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气；
步骤(4)中所述惰性气为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气；
步骤(2)中所述球磨机所采用的磨球为GCr15磨球；
步骤(4)中所述球磨采用的磨球为GCr15磨球。
8.根据权利要求1所述用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述混合的时间为5～12h；所述混合的转速为50-100r/min；
步骤(3)中所述干燥是指在80～100℃下真空干燥2～3h。
9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的高性能金属陶瓷纳米复合粉体。
10.根据权利要求9所述高性能金属陶瓷复合粉体，其特征在于：所述复合粉体的粒径为5μm～50μm。
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