[发明专利]一种铝-氮化硼纳米片复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种铝-氮化硼纳米片复合涂层，其特征在于，包括铝和氮化硼纳米片(BNNSs)；所述BNNSs均匀分布在Al沉积体内，其中，Al颗粒呈片层状，BNNSs为增强相，BNNSs尺寸为300×600～700×700nm²，厚度为5～100nm。

2.根据权利要求1所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层，其特征在于，所述BNNSs体积占比0.1％～4％。

3.根据权利要求1所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层，其特征在于，氮化硼纳米片(BNNSs)为二维片状。

4.根据权利要求1所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层，其特征在于，铝-氮化硼纳米片复合涂层厚度为0.5～2.0mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种铝-氮化硼纳米片复合涂层的应用，其特征在于，BNNSs/Al复合粉末喷涂到钢基基体上得到铝-氮化硼纳米片复合涂层。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种铝-氮化硼纳米片复合涂层的制备方法，其特征在于，以Al-BNNSs复合粉末为原料，通过冷喷涂将复合粉末沉积到基体上得到复合涂层，对复合涂层进行热处理即可得到BNNSs均匀分布的Al-BNNSs复合涂层，具体包括以下步骤：

步骤一：将六方氮化硼(h-BN)进行高能球磨后再超声分散，制备出BNNSs；

步骤二：将BNNSs与Al粉混合球磨制备出BNNSs/Al复合粉末，其中，Al颗粒粒径为10～65μm；

步骤三：以BNNSs/Al为喷涂复合粉末原料，采用氮气循环冷喷涂系统制备复合涂层。

7.根据权利要求6所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三后，可对制备的复合涂层进行抽真空热处理，具体为：抽真空到10^-3～10^-8bar，热处理温度为200～600℃，热处理时间为0.5～3h，随炉冷却至室温。

8.根据权利要求6所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中，可在BNNSs/Al复合粉末内加入不锈钢球球磨混匀，采用氮气循环冷喷涂系统制备复合涂层。

9.根据权利要求6所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三后，对得到的复合涂层采用不锈钢球进行喷丸处理。

10.根据权利要求6所述的铝-氮化硼纳米片复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将h-BN粉末置于球磨罐中，每只球磨罐中放置100ml酒精与10g h-BN，球料比20:1，大中小研磨球的重量比例分别为5:3:2，研磨球的直径分别为15mm，10mm，5mm，球磨罐与研磨球的材质均为不锈钢；球磨气氛为Ar气；球磨转速设置为350r/min,球磨总时间设置为80min，正反转结合，单次运行时间设置为2min，单次停顿时间设置为2min；球磨结束后，将球磨液取出进行超声分散，时间为2h；超声结束后取上层清液，放入真空干燥箱内抽真空进行干燥，干燥后的粉末即为BNNSs；

步骤二：将制备的BNNSs与原始Al粉在球磨罐内进行混合，所用Al粉的平均粒径为30μm，所用BNNSs的体积比例为2％，球料比为20:1；先将BNNSs以100r/min的转速球磨10min，再加入Al粉，向球磨罐内通Ar气并密封，球磨转速设置为50r/min,球磨总时间设置为2h，单次运行时间设置为2min，单次停顿时间设置为2min，最终得到BNNSs/Al复合粉末；

步骤三：选取合适量的150～300μm气雾化1Cr13马氏体不锈钢球颗粒，将其混入到混合好的Al-BNNSs复合粉末中，使不锈钢球在混合粉末中的体积占比为40％；球磨转速设置为50r/min，球磨总时间设置为2h，正反转结合，单次运行时间设置为2min，单次停顿时间设置为2min，最终制备得到混合均匀的混合粉末；采用纯度为99.9％的N₂作为推进气体，通过气体加热装置调整气体温度为300～800℃，工作气体压力为2MPa，控制送粉速度为35g/min，喷嘴与工件表面的距离为30mm，喷嘴与工件表面之间的相对线速度为100mm/s，控制单层喷涂厚度为15-20μm，涂层总厚度为2mm，最终在零件表面形成冷喷涂复合涂层；在涂层沉积过程中，不锈钢球在经过加速气体加速之后，对已经沉积的Al-BNNSs层形成冲击，实现了Al-BNNSs层的实时致密化；

步骤四：把复合涂层试样放入热处理炉中，抽真空后，真空压力为10^-3bar，在500℃下热处理1h，随炉冷却至室温。