專利名稱：一種鈦-鐵-碳系反應噴涂復合粉末及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬陶瓷復合涂層制備技術(shù)中的制粉工藝，特別涉及到TiC/Fe合金金屬-陶瓷復合涂層。
背景技術(shù)：
金屬陶瓷復合涂層，尤其是以碳化物為增強相的金屬陶瓷復合涂層在航空、航天、冶金、礦山、石油和化工等領(lǐng)域中的耐磨構(gòu)件的制造和修復中具有廣泛的用途；耐高溫碳化物(TiC、Cr2C3等)與耐氧化、耐腐蝕的合金(鎳基耐蝕合金、鐵基耐蝕合金等)所組成的復合涂層由于同時兼有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能，在冶金、熱電廠等領(lǐng)域有更重要的應用價值。目前，以碳化物為增強相的金屬陶瓷復合涂層中的陶瓷相通常采用外加復合的方式預制在噴涂原材料(粉末、絲材等)中，涂層中陶瓷相分布不均勻，粒度較粗大，陶瓷/金屬結(jié)合界面易受污染，這將大大影響涂層的性能。近年來產(chǎn)生了一種制備金屬陶瓷的新方法——反應熱噴涂，它將SHS技術(shù)和熱噴涂相結(jié)合，利用粉末和粉末之間的放熱反應，在噴涂過程中同時完成材料的合成和沉積。原位反應合成過程中放出的反應熱，可以提高噴涂溫度，降低涂層的孔隙率，改善涂層與基體結(jié)合；而且原位合成的硬質(zhì)相為細小的圓形顆粒，分散均勻，硬質(zhì)相與金屬基體的結(jié)合界面潔凈。因此反應熱噴涂克服了傳統(tǒng)噴涂金屬陶瓷工藝的缺點，在制備金屬陶瓷復合涂層方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
近年來國內(nèi)外在金屬陶瓷復合涂層反應熱噴涂方面已有相當?shù)难芯?，尤其是對TiC/Fe合金復合涂層的研究。在2000年J Uni Sci Technol Beijing的第3期中敘述了利用反應火焰噴涂制備了TiC/Fe復合涂層；在2002年粉末冶金技術(shù)的20卷，第4期中介紹了利用反應火焰噴涂制備了TiC/FeAl復合涂層。但其采用的反應噴涂粉末都是簡單的機械混合粉或團聚粉(添加少量的粘結(jié)劑制粒)，在高速焰流作用下反應組元容易分離，造成相當一部分組元粉末無法充分反應，導致涂層中殘留有害相，涂層的組織不均勻，涂層質(zhì)量不穩(wěn)定，使反應熱噴涂技術(shù)未真正在工程實際中獲得全面的應用。因此，能夠確保噴涂過程中反應組元間充分反應的反應噴涂復合粉末制備技術(shù)已經(jīng)成為獲得優(yōu)質(zhì)反應熱噴涂涂層的技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對反應熱噴涂制備TiC/Fe合金金屬陶瓷復合涂層中存在的反應組元分離，組元粉末無法充分反應，使涂層的組織不均勻，涂層質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，提出采用碳的前驅(qū)體，經(jīng)過一定溫度下的碳化，形成原料粉末周圍被碳包覆的Ti-Fe-C系反應噴涂復合粉末。這將解決目前反應熱噴涂制備碳化物復合涂層時的反應噴涂粉末中反應組元分離問題，提高碳化物金屬反應噴涂復合涂層的質(zhì)量。
本發(fā)明中Ti-Fe-C系反應噴涂復合粉末利用碳的前驅(qū)體作為碳源，復合粉末的成分組成按質(zhì)量百分數(shù)計，以純鈦粉和鈦鐵粉兩種方式加入的Ti36.5％～52％，F(xiàn)e23％～58％，C9～13％，合金元素質(zhì)量百分數(shù)為Cr0～14％，Ni0～10％，Mo0～2％，Si0～2％，B0～0.5％。
本發(fā)明的工藝過程為原料粉末按配比混合球磨→混合粉末烘干→混合粉末與石油瀝青加熱攪拌混合→碳化→破碎篩分。其具體工藝參數(shù)為先將原料粉末按球磨與球料比為3∶1～6∶1的配比混合球磨12～72小時；在45～60℃范圍內(nèi)混合粉末，并烘干12～24小時；將混合粉末與石油瀝青加熱到300～400℃攪拌混合，石油瀝青質(zhì)量百分數(shù)為21％～34％；在氮氣保護的熱處理爐中，溫度550～650℃下，進行碳化處理0.5～2小時；對粉末破碎篩分。
球磨時，球磨機轉(zhuǎn)速為100～150r.p.m，球磨方式為濕磨，球磨介質(zhì)為酒精。
本發(fā)明最大特點是由碳的前驅(qū)體在一定溫度下經(jīng)碳化而獲得，形成碳包覆在原料粉末周圍的包覆結(jié)構(gòu)，原料粉末與碳的粘結(jié)強度高，在噴涂過程中不易分離，有利于反應的完成。球磨是為了使原料粉末粒度降低，利于噴涂過程中的原位反應；碳化過程中的氮氣保護可以防止碳化過程中原料粉末氧化和合金元素的燒損；同時控制溫度和時間，可防止在碳化過程中提前生成TiC，從而改善涂層的性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明制備的Ti-Fe-C系反應噴涂復合粉末中形成碳包覆在原料粉末周圍的包覆結(jié)構(gòu)，原料粉末與碳的粘結(jié)強度高，在噴涂過程中不易分離，有利于反應的完成。
2、制備的熱噴涂涂層中無有害相殘留，且組織均勻。涂層表面硬度(HRC)在55以上，耐磨性優(yōu)于常規(guī)Ni60耐磨涂層。


圖1為Ti-Fe-C反應噴涂復合粉末結(jié)構(gòu)照片。
圖2為復合涂層背散射形貌。
圖3為復合涂層涂層的XRDP。
從圖1Ti-Fe-C反應噴涂復合粉末結(jié)構(gòu)照片中可以看到制備的Ti-Fe-C反應噴涂復合粉末中，形成碳包覆在細小原料粉末周圍的包覆結(jié)構(gòu)，原料粉末與碳的粘結(jié)強度高，在噴涂過程中不易分離，有利于反應的完成；從圖2復合涂層背散射形貌中可以看到，所獲涂層具有典型的熱噴涂形貌，且組織均勻；從圖3復合涂層的XRD結(jié)果中可以看到，所獲涂層成分簡單，無有害相殘留。
具體實施例方式
本發(fā)明所采用的原料是Fe粉、Ti粉和TiFe粉、合金元素粉和石油瀝青。所制備的Ti-Fe-C系反應噴涂復合粉末成分如表1所示，選用的原料粉末成分如表2所示。
其具體工藝流程為1、將原料粉末按成分配比混合，然后在球磨機上濕磨24小時，球料比為3∶1，球磨機轉(zhuǎn)速為120r.p.m，球磨介質(zhì)是酒精，球磨平均粒度為6～7μm；2、將球磨后的混合粉末在烘干箱中烘干，烘干溫度為50℃，烘干時間為12小時；3、將石油瀝青加熱到350℃，將烘干的混合粉末按成分配比加入到液態(tài)石油瀝青中并且充分攪拌；4、將攪拌均勻的物料放入燒舟中，然后在氮氣保護熱處理爐中在一定溫度下進行碳化處理2小時；5、將碳化后得到的多孔塊狀固體進行破碎，篩分，制備出要求粒度的噴涂粉末。
表1給出了本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例表1優(yōu)選實施例

表2原料粉末的化學成分(％) 綜上所述，采用本發(fā)明的方法制備的Ti-Fe-C系反應噴涂復合粉末，可以制備出硬度和耐磨性良好的金屬陶瓷復合涂層。
權(quán)利要求
1.一種鈦-鐵-碳系反應噴涂復合粉末，其特征在于利用碳的前驅(qū)體作為碳源，復合粉末的組成成分按質(zhì)量百分數(shù)計為以純鈦粉和鈦鐵粉兩種方式加入的Ti36.5％～52％，F(xiàn)e23％～58％，C9～13％，合金元素質(zhì)量百分數(shù)為Cr0～14％，Ni0～10％，Mo0～2％，Si0～2％，B0～0.5％。
2.一種制備鈦-鐵-碳系反應噴涂復合粉末的工藝，包括以下步驟1)將原料粉末按球磨與球料比為3∶1～6∶1的配比混合球磨12～72小時；2)在45～60℃范圍內(nèi)混合粉末，并烘干12～24小時；3)將混合粉末與石油瀝青加熱到300～400℃攪拌混合，石油瀝青質(zhì)量百分數(shù)為21％～34％；4)在氮氣保護的熱處理爐中，溫度550～650℃下，進行碳化處理0.5～2小時；5)對粉末破碎篩分。
3.如權(quán)利要求2所述的制備鈦-鐵-碳系反應噴涂復合粉末的工藝，其特征在于球磨機轉(zhuǎn)速為100～150r.p.m，球磨方式為濕磨，球磨介質(zhì)為酒精。
全文摘要
一種鈦－鐵－碳系反應噴涂復合粉末及其制備工藝，屬于金屬陶瓷復合涂層制備技術(shù)中的制粉工藝。本發(fā)明提出采用碳的前驅(qū)體，經(jīng)過一定溫度下的碳化，形成原料粉末周圍被碳包覆的Ti－Fe－C系反應噴涂復合粉末。復合粉末的成分以質(zhì)量質(zhì)量百分數(shù)計，Ti36.5％～52％，F(xiàn)e23％～58％，C9～13％，合金元素質(zhì)量百分數(shù)為Cr0～14％，Ni0～10％，Mo0～2％，Si0～2％，B0～0.5％。具體的工藝過程是，原料粉末按配比混合球磨→混合粉末烘干→混合粉末與石油瀝青加熱攪拌混合→碳化→破碎篩分，這將解決目前反應熱噴涂制備碳化物金屬復合涂層時的反應噴涂粉末中反應組元分離問題，提高碳化物金屬反應噴涂復合涂層的質(zhì)量。
文檔編號C23C4/10GK1546720SQ20031011726
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者黃繼華, 劉慧淵, 張建綱, 楊四新, 馮志云 申請人:北京科技大學