[发明专利]一种抗气蚀性能优异的NiTi-TiB2

说明书

本发明公开了一种抗气蚀性能优异的NiTi‑TiB₂层状复合涂层及其制备方法。所述涂层可以发挥NiTi合金的超弹性与TiB₂陶瓷复高硬度、高耐磨性的优点，而NiTi弹性好可以抵消TiB₂陶瓷相脆性大的缺点。在氩气保护环境下，将粉末与丝材依次送入等离子焰流中，喷涂至基体表面制备NiTi‑TiB₂层状复合涂层。其中层状复合涂层喷涂参数为：电流400‑600A，电压50‑70V，氩气流量30‑40SLPM，氢气流量6‑12SLPM，喷涂距离：80‑150mm，送丝速度：3‑5m/min，送粉率：20‑40g/min。所制备的涂层TiB₂部分的体积比在10％‑50％之间，NiTi部分的体积比在50％‑90％之间。制备的涂层表现出较为优异的抗空蚀性能，适合用作水轮机的涡轮叶片、泵、阀门等过流件的表面防护材料。

技术领域

本发明属于工程材料表面防护领域，涉及一种抗气蚀性能优异的层状金属陶瓷复合涂层及其制备方法，具体涉及到采用在惰性气氛保护下，以原料 NiTi丝、35wt.％Ni-65wt.％TiB₂粉末依次堆叠的方式，使用等离子喷涂制备 NiTi-TiB₂复合涂层的工艺方法。

背景技术

水轮机的涡轮叶片、螺旋桨、泵、阀门等过流件的空蚀损伤造成的失效问题十分严重，如何防止空蚀对设备造成的损坏，延长设备服役时间，是材料表面防护研究的重点。

空蚀是由于气泡溃灭时的冲击压强所引起的，而材料的抗空蚀性能与材料本身的结构与物理化学性质有关。目前，水轮机机组常用抗气蚀材料主要是不锈钢，但不锈钢抗气蚀磨损能力不强。因此采用表面防护材料是保护水轮机母材的有效方法之一。近年来国内外对水轮机抗气蚀涂层方面展开了大量研究，目前常使用的喷涂制备工艺有：堆焊，超弹性软体耐磨涂层，热喷涂涂层，但上述方法均存在各种各样的缺点：

(1)堆焊不锈钢材料：堆焊不锈钢材料是目前水轮机修复常用的方法，存在焊层与基体结合强度高，但该处理方法焊层厚度不均匀，金属补焊又会使工件变形，增加制造和检修工期加工余量大，对工件材料可焊性要求高。

(2)超弹性软体耐磨涂层，常用的软体材料有金属合金NiTi涂层、或高分子材料聚氨酯、环氧树脂、复合尼龙等。其弹性模量很低，在较低气蚀强度下，抗气蚀性能优异，但由于硬度较低，在气蚀强度很大时，材料会突然撕裂导致失效。

(3)热喷涂涂层：传统喷涂方法会使用高硬度合金如碳化钨喷枪熔化在过流件表面形成保护涂层。该项技术目前已获得广泛应用，但喷涂后的韧性差、脆性大，受强气蚀冲击时，会先从脆性部分开始破坏，后逐渐脱落。

专利CN111270187 A中采用镍钛合金粉末与钛包镍粉末制备工作层，虽可形成具备一定抗气蚀性能的复合涂层，但由于钛极易氧化，从而生成较多氧化物，导致复合涂层抗气蚀性能不理想。专利CN111304648A中采用Ni 粉、TiB2粉及Ti粉混合作为熔覆材料，在钛合金表面激光熔覆制备复合涂层。虽可形成NiTi和TiBw物相，却不可避免的生成Ni₃Ti、Ni₃B和Ni₄B₃等杂相，还存在较高含量的Ti和TiB₂，且无法生成高体积分数的NiTi涂层。

NiTi合金具有超弹性、形状记忆效应、抗腐蚀性能和高加工硬化能力， NiTi合金具备良好的超弹性可以吸收高压、高速液流冲击，因而可使气泡溃灭时产生的高强度冲击迅速衰减，同时，通过向韧性相NITI复合金属陶瓷相TiB₂，可增加材料的硬度，提高涂层耐磨性，而NiTi合金的超弹性可以抵消TiB₂陶瓷相的脆性，形成的层状复合涂层同时具有金属相的超弹性与金属陶瓷相的高硬度、高耐磨性。

本发明提出一种易于实现、低成本、一种抗空蚀性能优异的NiTi-TiB₂层状复合涂层及其制备方法。

发明内容