[發(fā)明專利]一種原位生成碳硼復(fù)相陶瓷的熱噴涂絲材及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711406040.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN108085636B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡東潤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 珠海弘德表面技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C23C4/131
• 分類號(hào): C23C4/131;C23C4/04;C22C30/00;C22C32/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

本發(fā)明提供了一種原位生成碳硼復(fù)相陶瓷的熱噴涂絲材，包括芯粉和外皮，芯粉的粒度為160～170目，外皮材料為304L不銹鋼，芯粉的成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：碳化鈦15～35％，硼鐵6～18％，金屬鉬粉0.1～2％，五氧化二釩0.3～5％，二氧化硅1～5％，氧化鋁0.5～6％，碳粉5～20％，稀土氧化物0.1～3％，余量為鐵，本發(fā)明還提供了上述絲材的制備方法。根據(jù)本發(fā)明配方制備得到的絲材，導(dǎo)電性能良好，融化充分，噴涂工藝穩(wěn)定，噴涂得到的涂層質(zhì)量良好，沒有明顯晶界，具備超高硬度及優(yōu)異的耐磨粒磨損性能，相對(duì)耐磨性高于YG8硬質(zhì)合金，可廣泛應(yīng)用于1100℃以下摩擦磨損和沖蝕磨損環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)相陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位生成碳硼復(fù)相陶瓷的熱噴涂絲材及制備方法。

背景技術(shù)

碳化硼的硬度在自然界中僅次于金剛石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高溫硬度(30GPa)是其他材料無可比擬的，是超硬材料家族中的重要成員。在碳化硼中，硼與碳主要以共價(jià)鍵相結(jié)合(90％)，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高模量、容重小(2.52g/cm³)、耐磨性好、耐酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)，并具有良好的中子、氧氣吸收能力，較低的膨脹系數(shù)(5.0×10^-6/K)和熱電性能(140S/m，室溫)，故廣泛應(yīng)用于耐火材料、工程陶瓷、核工業(yè)、航天航空等領(lǐng)域。但由于碳化硼本身具有較低的斷裂韌性、過高的燒結(jié)溫度、抗氧化能力較差、以及對(duì)金屬的穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，限制了其在工業(yè)上的進(jìn)一步應(yīng)用。所以國內(nèi)外的科研工作者對(duì)改善碳化硼陶瓷的性能進(jìn)行了大量研究，并提出了碳化硼復(fù)相陶瓷的概念。碳化硼粉末的工業(yè)制取方法主要有電弧噴涂法、碳管爐及電弧爐碳熱還原法、高溫自蔓延合成法、激光化學(xué)氣相反應(yīng)法和溶膠-凝膠碳熱還原法等。

電弧噴涂技術(shù)具有高效、低成本、適合現(xiàn)場和大面積施工等優(yōu)點(diǎn)，是熱噴涂技術(shù)中成本最低、最適宜大面積推廣的一種。然而，電弧噴涂的原理決定了其最初只能用來噴涂可導(dǎo)電的低熔點(diǎn)金屬絲材，而難以直接獲得具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨、不導(dǎo)電等特性的高性能陶瓷涂層。20世紀(jì)70年代末，粉芯絲材的出現(xiàn)給電弧噴涂技術(shù)帶來了生機(jī)。與實(shí)芯絲材相比，電弧噴涂粉芯絲材兼具外皮與內(nèi)芯兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，既克服了高合金或金屬間化合物成分難以拔絲的困難，又能使不導(dǎo)電的陶瓷顆粒材料填充到粉芯絲材中，使電弧噴涂技術(shù)成功應(yīng)用于陶瓷、金屬陶瓷及金屬間化合物涂層的制備，拓寬了電弧噴涂涂層材料的應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)了電弧噴涂技術(shù)的快速發(fā)展。自蔓延高溫合成技術(shù)是利用反應(yīng)原料自身燃燒反應(yīng)放出的熱量使化學(xué)反應(yīng)過程自發(fā)持續(xù)進(jìn)行，以獲得具有指定成分與結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的一種新型材料合成技術(shù)。它具有工藝、設(shè)備簡單，成本低；能耗和原材料消耗少；反應(yīng)溫度高，產(chǎn)物純度高；能夠充分利用原位復(fù)合等優(yōu)點(diǎn)，特別適于制備陶瓷、金屬陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料等具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度特征的材料。

CN102877018A公開了一種復(fù)相陶瓷涂層的原位反應(yīng)合成制備方法，首先選擇適宜的金屬外皮材料，在外皮內(nèi)包裹一種自蔓延高溫合成體系的反應(yīng)型藥芯，制備粉芯絲材，利用電弧噴涂設(shè)備進(jìn)行自反應(yīng)電弧噴涂，噴涂過程中通過電弧引燃噴涂體系的高放熱自蔓延反應(yīng)，在快速生成目標(biāo)陶瓷相的同時(shí)，利用電弧能量與自蔓延反應(yīng)放熱獲得高溫陶瓷熔體，并以高壓霧化氣體使其鋪展于金屬基體表面，利用高溫陶瓷熔體的快速凝固特征，獲得具有微納米晶結(jié)構(gòu)特征的高性能復(fù)相陶瓷涂層，發(fā)明設(shè)備簡單，成本低，適用面廣，可應(yīng)用于軍事和民用工業(yè)裝備中承受磨損、腐蝕和高溫環(huán)境的零部件表面強(qiáng)化與防護(hù)，然而該發(fā)明所提供的方法穩(wěn)定性不夠理想，自蔓延反應(yīng)速度難以控制。CN1730713公開了一種循環(huán)流化床鍋爐用高強(qiáng)耐磨電弧噴涂絲材，以304L不銹鋼帶或不銹鋼帶為絲材外皮，絲芯中添加有CrB₂和B₄C的混合物粉末，該發(fā)明所述電弧噴涂絲材應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐受熱面防磨效果很好，是市場上一般耐磨絲材制作的涂層壽命的2-3倍，然而該發(fā)明的施工難易未見報(bào)道。