[发明专利]激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米碳化硅浆料，尤其是一种纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法，具体地说是一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法。

背景技术

激光熔注技术是近年来备受关注的一种颗粒增强表面改性技术。其基本原理是：在利用高能量密度激光加热改性工件表面使其形成熔池的同时，将增强颗粒引入改性工件表面熔池，冷凝后在改性工件表面形成颗粒增强表面层，从而实现提高工件的耐磨性、耐蚀性等性能。目前，在激光熔注过程中粉体引入主要依靠送粉器；然而，现有送粉器对粉体粒径有着严格要求，对于粒径小于10微米的粉体很难实现输送，更谈不上输送纳米粉体。可以说，在激光熔注技术中纳米颗粒的引入目前只能采用预置方法。

众所周知，纳米颗粒由于其颗粒粒径很小，极容易发生团聚现象，造成纳米颗粒许多优异的改性特性得不到充分发挥。纳米碳化硅粉体作为一种用途极其广泛的纳米材料，应用中呈现高分散性特征也是其始终追求的目标之一。将纳米碳化硅粉体分散在某一特定溶液中制备成纳米碳化硅浆料后再进行应用，是其团聚问题的一个很好的解决途径。这方面的国内外的相关研究已经较多，例如邓斌等的研究论文“纳米SiC水悬浮稳定性的研究”（《长沙电力学院学报》，2003年，第18卷第1期），等等。然而，这些浆料干燥固化后，纳米碳化硅颗粒与改性材料表面粘附性很差，难以满足激光熔注引入纳米碳化硅颗粒的要求。

解决这一问题最容易想到的方法是，将纳米碳化硅粉体分散在某一特定含胶溶液中，使其具有干燥固化后能够呈高分散特征并很好地粘附在改性材料表面的特性。然而，根据颗粒分散理论，微细颗粒只能在与之相适配的溶液体系中才具有高分散稳定悬浮特征，也就是说微细颗粒与其分散溶液具有唯一性。例如，根据王宏宇、程满等的研究论文“纳米氧化铈在醇水混合溶液中的分散行为”（《稀土》，2014年，第35卷第3期）可知，对于纳米氧化铈而言，其无论是采用纯水或是乙醇作为分散溶液均无法获得高分散稳定悬浮特征，而在醇水混合溶液中则具有很好的高分散稳定悬浮性。换言之，针对不同种类的微细颗粒开发高分散稳定悬浮的含胶浆料，必须基于颗粒分散理论创造性地选择与之适配的分散溶液和采用特定的分散方法。

据申请人所知，目前尚无一种纳米碳化硅含胶浆料可供使用，一定程度制约了纳米碳化硅这一具有优异特性的纳米材料在激光熔注等颗粒表面改性技术领域的应用。

发明内容

本发明的目的是针对目前尚无一种纳米碳化硅含胶浆料可供其在激光熔注等颗粒表面改性技术领域中使用，发明一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料，其特征是它由占浆料质量分数3-5%的纳米碳化硅粉体、占浆料质量分数0.2%-0.3%的聚乙二醇、占浆料质量分数0.2%-0.3%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液组成。所述含胶醇水混合溶液由去离子水、无水乙醇和聚醋酸乙烯酯乳液（俗称白乳胶）组成；其中，聚醋酸乙烯酯乳液占含胶醇水混合溶液的体积分数为5-10%，余量则为无水乙醇和去离子水体积比为1:1的醇水混合溶液。

所述纳米碳化硅粉体的平均粒径为20-60纳米。

所述聚醋酸乙烯酯乳液中的醋酸乙烯含量为介于20%至40%。

本发明的技术方案之二是：

一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料制备方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，按照无水乙醇和去离子水的体积比1:1配制醇水混合溶液；

其次，量取体积分数为5-10%的聚醋酸乙烯酯乳液和余量的已配制好的无水乙醇和去离子水体积比为1:1的醇水混合溶液，将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟，获得含胶醇水混合溶液，并测量其密度；

再次，量取质量分数占浆料质量分数3-5%的纳米碳化硅粉体、质量分数占浆料质量分数0.25%的聚乙二醇、质量分数占浆料质量分数0.25%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液，将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟，获得纳米碳化硅含胶分散液；

最后，将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散，分散时间为30~60分钟，即可得到激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。