CN108274010A - 减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，按照常规工艺（球磨、喷雾造粒、烧结破碎和分筛）制备好粉末后，将其浸渍在硝酸盐的饱和溶液中（该盐所含的金属成分与合金粉末中的粘结相相同），让硝酸盐溶液浸入喷涂粉末表面和内部的孔隙中，过滤后烘干和煅烧并经过氢气还原。让被还原的金属包裹粉末中的细颗粒，特别是裸露的碳化物粒子。这种被很好包裹的碳化物粒子在高温焰流中氧化脱碳将明显减小，这将显著提高合金碳化物涂层的性能。

Description

减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及一种减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，属于热喷涂技术领域。
背景技术
当前，绝大多数合金碳化物喷涂粉末采用机械球磨、喷雾造粒和烧结的工艺来制备。由于制备这种团聚成球形粉末的原料所用的合金和碳化物原料都是尺寸更小的粉末粒子，再加上碳化物相的比例占大多数，从而使得合金难以对碳化物实现很好地包裹。未被合金包裹而裸露的碳化物粒子在热喷涂高温焰流中容易发生氧化脱碳，特别是比表面积大的纳米碳化物更容易发生氧化脱碳，从而使得相应的涂层表现出很高的脆性。另外，未被合金相很好包裹的碳化物粒子在喷涂时容易发生反弹，导致粉末沉积率偏低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，能够有效避免碳化物与氧气直接接触而发生直接脱碳，增加了喷涂粉末及相应涂层中合金粘结剂分布的均匀性，获得碳化物氧化分解少，合金粘结相分布较均匀且粉末沉积率较高的合金碳化物涂层。
按照本发明提供的技术方案，所述减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)质量百分比为7％-40％的金属粉末和质量百分比为60％-93％陶瓷粉末混合得到混合粉末C1；所述金属粉末为Ni、Cr和Co中的一种或多种；
(2)将混合粉末C1和占混合粉末C1总质量20-25％的去离子水和2％的聚乙烯醇球磨混合，获得混合均匀的浆料C2；
(3)将浆料C2导入离心式喷雾塔中进行喷雾干燥造粒，获得金属陶瓷粉末C3；
(4)将喷雾干燥得到的金属陶瓷粉末C3装入石墨舟或陶瓷舟中，并置入具有还原性气氛的气氛炉或真空炉中进行烧结，并经过破碎和分筛获得粒度为15～45μm的合金碳化物粉末；
(5)将步骤(4)得到的合金碳化物粉末浸入Co(NO3)2或Ni(NO3)2的饱和溶液，静置20～60min，让饱和溶液充分浸入合金碳化物粉末的孔隙中；
(6)将步骤(5)得到的含有粉末的溶液进行过滤，获得内部和表面都粘附一层Co(NO3)2或Ni(NO3)2溶液的粉末C4；
(7)将粉末C4在110℃干燥10～12h，然后在200～600℃下煅烧2～4h，获得表面和内部孔隙中都粘附一层氧化钴或氧化镍的合金碳化物粉末C5；
(8)将合金碳化物粉末C5置于还原性气氛下，在200～1000℃保温1～5h，使得合金粉末表层和内部孔隙中的氧化钴或氧化镍还原成金属单质钴(Co)或镍(Ni)，从而实现对裸露碳化物粒子的包裹。
进一步地，所述陶瓷粉末为WC和Cr3C2中的一种或两种。
进一步地，所述还原性气氛采用氢气。
进一步地，所述步骤(5)-(7)重复一次或多次，再进行步骤(8)将氧化钴或氧化镍还原成金属单质Co或Ni，使合金碳化物粉末颗粒表层金属单质覆盖厚度达到所需要求。
进一步地，所述步骤(8)得到的合金碳化物粉末中单质的质量百分含量达到7％-12％。
本发明对制备好的合金碳化物粉末采用溶液浸渍、过滤、干燥等工艺过程，使得喷涂粉末中裸露的碳化物颗粒表面包覆一层金属盐，然后经过煅烧使该盐包覆层分解成金属氧化物，再经过氢气还原获得相应金属单质包覆的碳化物颗粒。表面包覆了金属的合金碳化物粉末在高温焰流中有效地避免了碳化物与氧气直接接触而发生直接脱碳，另一方面也增加了喷涂粉末及相应涂层中合金粘结剂分布的均匀性，最终获得碳化物氧化分解少且合金粘结相分布较均匀的合金碳化物涂层。
附图说明：
图1未经过浸渍的纳米WC-12Co粉末截面扫描电镜照片。
图2:未经过浸渍处理的纳米WC-12Co粉末制备涂层的相结构(WC分解较多)。
图3经过浸渍的纳米WC-12Co粉末截面扫描电镜照片。
图4经过浸渍处理的纳米WC-12Co粉末制备涂层的相结构(WC分解较少)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：一种减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，包括以下步骤：
(1)质量比为10％的金属Co粉末和质量比为90％的WC粉末组成的混合粉末C1；
(2)将混合粉末C1与占混合粉末C1总质量20-25％的去离子水和2％的聚乙烯醇球磨混合，获得由上述组分均匀混合形成的浆料C2；
(3)将浆料C2导入离心式喷雾塔中进行喷雾干燥造粒，获得粒度呈一定范围分布的金属陶瓷粉末C3；
(4)将喷雾干燥获得的金属陶瓷粉末C3装入石墨舟或陶瓷舟中，并置入具有还原性气氛的气氛炉或真空炉中进行烧结，设置中等的烧结温度(1180℃)，并经过破碎和分筛获得粒度为15～45μm的中等松装密度的合金碳化物粉末；
(5)将获得的中等松装密度的合金碳化物粉末浸入Co(NO3)2的饱和溶液，静置20～60min，让饱和溶液充分浸入合金碳化物的粉末的孔隙中；
(6)将步骤(5)得到的含有粉末的溶液过滤，获得内部和表面都粘附一层Co(NO3)2溶液的粉末C4。
(7)将上述粉末C4在干燥箱中于110℃干燥10h，并在马弗炉中加热到400℃下煅烧4h，获得表面和内部孔隙中都粘附一层氧化钴的合金碳化物粉末C5；
(8)将合金碳化物粉末C5置于还原性(H2)气氛炉中，在较高的温度450℃下保温6h，使得合金粉末表层和内部孔隙中的氧化钴还原成金属单质Co(如图3所示，单个粉末的边缘和内部孔隙中填充了较多的Co粘结剂)，重复步骤(5)～(7)使得合金碳化物粉末中Co的总质量百分比为12％左右。由该粉末制备的纳米WC-Co涂层中的WC氧化脱碳很少(图4)，粉末沉积率为56％。未经过浸渍处理的粉末(图1)制备的纳米WC-Co涂层中WC氧化脱碳则较严重(图2)，粉末沉积率为41％。
实施例2：一种减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，包括以下步骤：
(1)质量比为5％的金属Ni粉末和、质量比为71％的WC粉末和质量比为24％的Cr3C2粉末组成的原材料粉末C1；
(2)将C1分别与占C1总质量20-25％去离子水和2％的聚乙烯醇球磨混合，获得由上述组分均匀混合球磨形成的浆料C2；
(3)将浆料C2导入离心式喷雾塔中进行喷雾干燥造粒，获得粒度呈一定范围分布的金属陶瓷粉末C3；
(4)将喷雾干燥获得的金属陶瓷粉末C3装入石墨舟或陶瓷舟中，并置入具有还原性气氛的气氛炉或真空炉中进行烧结，设置中等的烧结温度，并经过破碎和分筛获得粒度为15～45μm的中等松装密度的粉末；
(5)将获得的中等松装密度的合金碳化物粉末浸入Ni(NO3)2的饱和溶液，静置20～60min，让饱和溶液充分浸入合金碳化物的粉末的孔隙中；
(6)将上述含有粉末的溶液过滤，获得内部和表面都粘附一层Ni(NO3)2溶液的粉末C4；
(7)将上述C4粉末干燥箱中110℃干燥10h，并在马弗炉中加热到450℃下煅烧2h，获得表面和内部孔隙中都粘附一层氧化镍的合金碳化物粉末C5；
(8)将C5粉末置于还原性(H2)气氛炉中，在较高的温度450℃下保温6h，使得合金粉末表层和内部孔隙中的氧化镍还原成金属单质Ni，重复步骤(5～7)使得合金碳化物粉末中Ni的总质量百分比为7％左右。

Claims (5)

1.一种减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）质量百分比为7%-40%的金属粉末和质量百分比为60%-93%陶瓷粉末混合得到混合粉末C1；所述金属粉末为Ni、Cr和Co中的一种或多种；
（2）将混合粉末C1和占混合粉末C1总质量20-25%的去离子水和2%的聚乙烯醇球磨混合，获得混合均匀的浆料C2；
（3）将浆料C2导入离心式喷雾塔中进行喷雾干燥造粒，获得金属陶瓷粉末C3；
（4）将喷雾干燥得到的金属陶瓷粉末C3装入石墨舟或陶瓷舟中，并置入具有还原性气氛的气氛炉或真空炉中进行烧结，并经过破碎和分筛获得粒度为15~45mm的合金碳化物粉末；
（5）将步骤（4）得到的合金碳化物粉末浸入Co（NO3）2或Ni（NO3）2的饱和溶液，静置20~60min，让饱和溶液充分浸入合金碳化物粉末的孔隙中；
（6）将步骤（5）得到的含有粉末的溶液进行过滤，获得内部和表面都粘附一层Co（NO3）2或Ni（NO3）2溶液的粉末C4；
（7）将粉末C4在110℃干燥10~12h，然后在200~600℃下煅烧2~4h，获得表面和内部孔隙中都粘附一层氧化钴或氧化镍的合金碳化物粉末C5；
（8）将合金碳化物粉末C5置于还原性气氛下，在200~1000℃保温1~5h，使得合金粉末表层和内部孔隙中的氧化钴或氧化镍还原成金属单质钴或镍，从而实现对裸露碳化物粒子的包裹。
2.如权利要求1所述的减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，其特征是：所述陶瓷粉末为WC和Cr3C2中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，其特征是：所述还原性气氛采用氢气。
4.如权利要求1所述的减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，其特征是：所述步骤（5）-（7）重复一次或多次，再进行步骤（8）将氧化钴或氧化镍还原成金属单质Co或Ni，使合金碳化物粉末颗粒表层金属单质覆盖厚度达到所需要求。
5.如权利要求1所述的减少碳化物氧化脱碳热喷涂粉末的制备方法，其特征是：所述步骤（8）得到的合金碳化物粉末中单质的质量百分含量达到7%-12%。
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