[发明专利]一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体及其制备方法

说明书

本发明属于纳米复合材料的技术领域，公开了一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体及其制备方法。所述方法为：(1)将20～40wt.％TiB₂粉末和60～80wt.％NiCrCoAlY粉末混合均匀，得到NiCrCoAlY‑TiB₂混合粉；(2)将NiCrCoAlY‑TiB₂混合粉和过程控制剂置于球磨机中，在惰性气气氛中进行湿磨，干燥处理，冷却，得到复合粉末；(3)在惰性气气氛下，将复合粉末进行球磨处理，等离子球化，得到高性能金属陶瓷纳米复合粉体。所述复合粉体高温耐磨、抗热疲劳、抗腐蚀和抗高温氧化性能，其流动性、致密度好，粒径仍主要集中在5～50μm；制备方法简单易操作，对环境友好。

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，具体的涉及一种用作热喷涂结构喂料的高性能金属陶瓷复合粉体(NiCrCoAlY-TiB₂复合粉体)及其制备方法。

背景技术

我国的天然能源中，煤炭占据了相当大比例，约为77％，这在一定程度上决定了它能源消耗主力的属性，在天然能源的消费中占比约70％，而发电所消耗的煤炭量可达其全部消耗的一半，其中火力发电作为我国的主要发电形式，占全国发电总量的比例超过80％。因此火力发电机组的安全运行至关重要。确保火力发电机组安全经济运行的首要任务就是降低机组的强迫停机事故。火力发电机组的过热器管、再热器管、水冷壁管和省煤气管(即锅炉“四管”)几乎包含了锅炉的所有工作面，既承受内部工作介质的超高压和化学物质的侵蚀，又受到外部高温，磨损和烟气腐蚀的作用，造成锅炉管道以1mm/年的速度持续减薄，严重时会发生管道爆漏事故，不仅提高了运行成本，还增大了维护，维修成本以及安全隐患。据统计，由于锅炉四管失效而引起的机组被迫停运已经成为发电厂主要事故之一。

锅炉管道问题的实质是需要材料具备耐高温，抗高温氧化，抗腐蚀以及耐高温磨损等性能。目前比较经济简单又高效的方法是在材料表面覆盖上防护涂层，可以通过采用各种表面处理技术达到此目的，如CVD、PVD、电解沉积和热喷涂等。关于锅炉“四管”的涂层防护问题，国内外早已有几十年的研究，经过试验、运用，研究者指出热喷涂工艺制备涂层是有效、经济的途径。

目前市场上应用最多的金属陶瓷复合涂层是WC系和Cr₃C₂系，其工业生产工艺已经相当成熟，受到广泛应用。WC系金属陶瓷涂层具有代表性的有WC-Co和WC-10Co4Cr涂层。WC陶瓷涂层具有优良的耐磨性能、较高的硬度以及沉积效率，而且其成本低，是各种耐磨防护涂层的首选。但是，WC系涂层使用温度不能超过450℃，高温和氧化性气氛极易使WC氧化脱碳，形成W₂C、金属W甚至Co基固溶体。尽管Cr₃C₂-NiCr复合涂层的使用温度高达900℃，但是Cr₃C₂的本征硬度值低，耐磨性不如WC涂层。另一方面，Cr₃C₂在喷涂过程中也会一定程度的发生脱碳氧化，从而影响涂层的性能。所以，WC系和Cr₃C₂系陶瓷涂层都不适合于锅炉管道防护涂层，不符合耐高温、抗高温氧化和良好的耐磨损性能的要求。

与常规涂层相比，纳米结构涂层由于本身的特殊性使得其具有更高的硬度、断裂韧性、耐磨性和耐腐蚀性等特点，在众多工业领域得到广泛的应用，而成功制备纳米结构涂层的关键之处在于如何制备具有纳米结构的喷涂喂料。纳米粉末不能直接用于热喷涂，这主要是因为：1)纳米粉末粒径太小，热喷涂过程中极易烧损；2)纳米粉末比表面积大，化学活性高，易吸附在送粉管壁，造成送粉困难甚至堵枪。因此，通常情况下都需要经过特定的方法使其形成粒度在微米级别的适合热喷涂用的纳米结构喂料。