一種反應(yīng)火焰熱噴涂氧化鋁-氧化鈦復(fù)相涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷涂層技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種反應(yīng)火焰熱噴涂氧化鋁-氧化鈦復(fù) 相涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱噴涂技術(shù)雖然具有設(shè)備簡單、工藝靈活、涂層沉積效率高等優(yōu)點(diǎn)，但這一技術(shù)仍 然存在明顯的局限性。這項(xiàng)技術(shù)多用于制備低溫涂層，當(dāng)用于制備陶瓷或金屬間化合物涂 層時(shí)，由于其自身噴涂火焰溫度低等局限性而難以獲得高質(zhì)量的金屬基陶瓷涂層。因此，只 能采用等離子噴涂、超音速噴涂等工藝設(shè)備復(fù)雜而成本高的技術(shù)手段，這使得火焰噴涂成 本較低，方便靈活的優(yōu)勢便無法發(fā)揮。
[0003] 反應(yīng)熱噴涂技術(shù)是自蔓延高溫合成技術(shù)與熱噴涂技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的新技 術(shù)。它采用高放熱體系作為噴涂材料，利用傳統(tǒng)熱源熔化并引燃噴涂材料的自蔓延高溫合 成反應(yīng)，反應(yīng)合成的熔滴經(jīng)霧化后噴射到基材表面而形成涂層。與普通熱噴涂相比，自蔓延 高溫合成反應(yīng)熱噴涂具備的特點(diǎn)是：1.熱源溫度高。放熱體系在噴涂過程中被燃燒，放出 大量熱，在噴涂火焰和自蔓延反應(yīng)放熱雙重作用下，使基材表面更容易發(fā)生微熔化，有利于 和涂層之間形成牢固的冶金結(jié)合。同時(shí)使陶瓷顆粒熔融更充分，涂層更致密，孔隙率低，耐 磨耐蝕性能更優(yōu)異。2.制備成本更低?？衫昧畠r(jià)原始噴涂材料合成出性能優(yōu)異的涂層。 3.應(yīng)用前景廣闊。利用反應(yīng)火焰熱噴涂技術(shù)，在有色金屬表面制備陶瓷涂層具有廣泛的前 景。
[0004] 但反應(yīng)火焰熱噴涂技術(shù)仍是一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)的理論研宄尚不完善，噴 涂過程中的燃燒合成反應(yīng)模式、熔化連接過程及凝固規(guī)律尚缺乏完整的理論體系，因而基 本處于實(shí)驗(yàn)研宄和理論預(yù)研階段。目前應(yīng)用反應(yīng)熱噴涂技術(shù)在鋼材料表面應(yīng)用較多，制得 的陶瓷涂層性能比較穩(wěn)定，但在同樣具有發(fā)展前景的有色金屬表面制備陶瓷涂層，這在國 內(nèi)尚未見到有關(guān)報(bào)道。因此，對這一領(lǐng)域進(jìn)行深刻的研宄具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)火焰熱噴涂氧化 鋁-氧化鈦復(fù)相涂層的制備方法，以Al、Ti02、B203、Al 2O3四種粉末為原料在可降解鋁合金 基體上制備了氧化鋁-氧化鈦復(fù)相陶瓷涂層，具有更致密、孔隙率低，耐磨耐蝕性能優(yōu)異的 特點(diǎn)。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種反應(yīng)火焰熱噴涂氧化鋁-氧 化鈦復(fù)相涂層的制備方法，步驟如下：
[0007] 步驟1 :噴涂喂料的制備：
[0008] 1-1喂料配比：將Al、Ti02、B203、Al 2O3四種粉末作為噴涂骨料成分，將Al 203、TiO2 混合，其中Al2O3占二者混合物質(zhì)量的87%，TiO2占二者混合物質(zhì)量的13%，將Al、Ti0 2、B203 按照摩爾比10:3:3構(gòu)成鋁熱劑組分，按照反應(yīng)式10Al+3B203+3Ti02- 5A1 203+3TiB2進(jìn)行反 應(yīng)，進(jìn)而確定反應(yīng)體系A(chǔ)l、Ti02、B2O3的質(zhì)量比為9:7:8,將Al 203、1102的混合物與Al、B 203、 1102的混合物再次混合，Al 203、1102的混合物所占質(zhì)量百分比為30-50%，Al、B 203、1102的 混合物所占質(zhì)量百分比為50-70% ;
[0009] 1-2干法球磨：將步驟1-1混合后的粉末進(jìn)行球磨，球料質(zhì)量比為5:1，其中大球、 中球、小球直徑分別為20mm、10mm、6mm，大球、中球、小球數(shù)比為2:40:250,轉(zhuǎn)速為320r/ min，球磨時(shí)間為12h，在真空條件下單向不間歇運(yùn)行，停機(jī)后取下球磨罐，放置兩天后取樣， 得到復(fù)合粉末；
[0010] 1-3粘結(jié)劑制備：制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的聚乙烯醇水溶液作為粘結(jié)劑：在15-20°C 的水中浸泡聚乙烯醇1-2小時(shí)，使其充分溶脹，在恒溫水浴鍋中進(jìn)行溶解并不斷攪拌，恒溫 水浴鍋溫度控制在80-95°C，并保溫2-2. 5小時(shí)，直到溶液不再含有顆粒；
[0011] 1-4復(fù)合粉末團(tuán)聚：將步驟1-3所得粘結(jié)劑少量、連續(xù)地倒入步驟1-2所得的復(fù)合 粉末中，復(fù)合粉末與粘結(jié)劑按質(zhì)量比5:1混合，攪拌速度100-200r/min，時(shí)間1-2小時(shí)，使其 充分均勻混合，之后將所得團(tuán)聚粉末進(jìn)行烘干處理；
[0012] 1-5團(tuán)聚粉末破碎：將步驟1-4所得團(tuán)聚的粉末放入研缽中進(jìn)行破碎過篩，過200 目篩，選取篩下的粉末留作噴涂使用；
[0013] 步驟2 :基體材料預(yù)處理：
[0014] 選取可降解鋁合金作為基體材料，采用氧-乙炔火焰噴槍對基體進(jìn)行預(yù)熱處理， 預(yù)熱溫度400-500°C，用線切割將可降解鋁合金切成邊長為20-30mm的立方體，用砂紙打磨 去除氧化皮使試樣表面活化并粗化，對基體表面粗化的方法采用噴砂處理，噴砂磨粒為20 目剛玉砂，噴涂距離100-150mm，噴砂角度90°，壓縮空氣壓力0. 6-0. 8MPa，噴砂后從各個(gè) 角度觀察噴砂面，均無反射亮斑時(shí)，即為合格；
[0015] 步驟3 :在步驟2處理后的基體材料表面噴涂Ni-Al過渡層：
[0016] 過渡層材料選用鎳包錯(cuò)合金粉末，鎳包錯(cuò)粉Ni-Al粒度50-120 μ m，Al元素的含量 為質(zhì)量百分比10. 24%，其余為Ni，首先用火焰噴槍對粗化的基體試樣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度 為500-600°C，時(shí)間6-9分鐘，預(yù)熱后立即在試樣表面噴涂Ni-Al過渡層；
[0017] 步驟4 :陶瓷涂層的制備：
[0018] 將步驟1-5所得粉末作為噴涂材料，利用氧-乙炔火焰噴涂預(yù)熱處理后的基 體制備陶瓷涂層，先對噴涂有過渡層的基體進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度400-500°C，預(yù)熱時(shí)間是 4-6min，試樣預(yù)熱后，立即進(jìn)行噴涂，反應(yīng)火焰熱噴涂的參數(shù)為：噴涂角度60-90°，噴涂距 離為110-160臟，〇2壓力0.8-0.91〇^，(：2!12壓力0.11-0.14]\〇^，移動(dòng)速度 60-90臟.8-1，送粉 量1. 0-1. 5kg 火焰性質(zhì)為中性火焰，試樣噴涂完后，立刻將其放入400°C馬弗爐中隨爐 冷卻；
[0019] 步驟5:重熔處理：
[0020] 采用中性火焰對步驟4熱噴涂后的陶瓷涂層進(jìn)行重熔處理，處理時(shí)間為15s，火焰 重熔的溫度為：1000-1200°C。
[0021] 所述球磨采用行星式球磨機(jī)。
[0022] 所述干法球磨球罐材質(zhì)為剛玉，球罐容積為250ml，磨球材質(zhì)為氧化鋯。
[0023] 所述火焰噴槍采用QH-2/h型。
[0024] 本發(fā)明采用的一種反應(yīng)火焰熱噴涂氧化鋁-氧化鈦復(fù)相涂層的制備方法，以 Al2O3-TiO2為原料，添加 Al-TiO 2-B203系鋁熱劑為放熱體系，采用反應(yīng)火焰熱噴涂技術(shù)在可 降解鋁合金的表面制備氧化鋁-氧化鈦復(fù)相涂層，采用干法球磨后，粉體中有TiB2、Al3Ti 等新相生成，反應(yīng)火焰熱噴涂后，涂層主要由Al2O3-TiO2相組成，同時(shí)還伴有TiB 2、MgAl2O4 等新相，涂層和基體結(jié)合較好，結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到20. 13MPa，在400°C抗熱震次數(shù)可達(dá)到51 次不出現(xiàn)翹皮、開裂現(xiàn)象，涂層的孔隙率為：12. 5-15%，涂層的最大顯微硬度值可達(dá)到 1224HVai，耐磨粒磨損相對于基體提高10. 53-15. 48倍。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的含有氧化鋁-氧化鈦陶瓷涂層制備方法流程圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明采用的粉體原材料形貌圖，其中（a)為Al2O3粉體原材料形貌圖，（b) 為Al原材料粉形貌圖，（c)為TiO 2粉體原材料形貌圖，（d)為B2O3粉體原材料形貌圖，（e) 為采用粘結(jié)劑混合過篩后粉末形貌圖，（f)為復(fù)合粉末12h球磨后形貌。
[0027] 圖3為球磨后復(fù)合粉末粒度分析圖，其中（a)為粒度范圍曲線圖，（b)為粒度測試 結(jié)果圖。
[0028] 圖4為球磨后復(fù)合粉末的XRD圖。
[0029] 圖5為復(fù)合粉末經(jīng)PVA造粒后形貌圖。
[0030] 圖6為反應(yīng)火焰熱噴涂后涂層的XRD圖。
[0031] 圖7為（a)、（b)分別為對比實(shí)施例中制備的陶瓷涂層表面形貌、截面形貌。
[0032] 圖8為涂層及基體顯微硬度分布圖。
[0033] 圖9為涂層和基體磨損量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035] 實(shí)施例一：