[发明专利]纳米陶瓷复合喷涂粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米陶瓷复合喷涂粉末及其制备方法。

背景技术

在冷轧带钢连续退火工艺过程中，通过炉辊的转动来带动带钢的运动，炉内高温段的温度达到1000℃左右，炉辊表面状态对带钢表面质量有着重要影响，因此，炉辊表面除了应具有高温抗氧化能力外，还需要具有高温硬度及耐高温磨损能力和抗结瘤性能。为解决炉辊表面耐热、耐磨损和抗结瘤的问题，需要在炉辊上涂覆含有复合金属陶瓷粉体的涂层。

所涂覆的复合金属陶瓷粉体及该复合金属陶瓷粉体在炉辊的涂覆方法的选择，就显得非常重要。由MCrAlY（其中M是Fe、Ni或Co）合金所制备的喷涂粉末是典型的耐高温材料，并能够与金属基体形成良好的结合，但其硬度较低，耐磨损性能有所欠缺，为此在该合金中加入陶瓷硬质相以满足炉棍镀层的需要。美国专利说明书US5700423A公开了在炉辊涂层的MCrAlY（其中M是Fe、Ni或Co）合金中加入MgO、MgAl2O4或Y2O3低固态反应活性硬质相；日本专利说明书特开平2-270955公开了在炉辊涂层的CoNiCrAlY合金中加入5％～20％的Cr2O3-Al2O3 高温强化相；美国专利说明书US4822689A公开了在MCrAlY（其中M是Fe、Ni或Co）合金中加入51％～95％的Al2O3高温强化相；日本专利说明书特开昭63-47379公开了在MCrAlY（其中M是Fe、Ni或Co）合金中加入40％的SiO2高温强化相。此类复合金属陶瓷粉体的制作都是将金属粉末和陶瓷粉末以机械方式混合，该混合方式不是包覆形态，在显微镜下观察金属颗粒和陶瓷颗粒是分离的不同球体，粉末在储运过程中由于两种粉末比重不同会发生成分偏析，在喷涂过程中由于陶瓷粉末比重小，会造成飞溅损失，使得涂层中陶瓷粉末的沉积率减少，涂层性能下降。此外上述陶瓷硬质相的熔点较高，与金属相的熔点差别较大，因此仅适合于采用温度较高的爆炸喷涂或等离子喷涂的方式完成，如采用超音速喷涂方法，由于火焰温度较低，往往难以充分软化陶瓷颗粒，涂层中陶瓷含量极低甚至几乎检测不出陶瓷相的存在，起不到强化涂层的目的。

为解决适用于超音速喷涂方法的复合粉末需求，近来也有采用在金属合金材料熔炼过程中加入氧化物陶瓷颗粒，通过雾化造粒形成复合粉体的方法，但是由于金属液与陶瓷的比重相差较大，两者又互不相溶，形成的混合物质均匀性较差，同时复合粉体颗粒中夹杂陶瓷成分，热传导性能不好，复合颗粒表面的金属相容易在实际喷涂加热过程中产生局部过熔，发生粘枪堵塞枪管现象，难以优化喷涂工艺参数设置，大大影响了涂层的实际使用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米陶瓷复合喷涂粉末及其制备方法，本喷涂粉末具有良好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，提高了镀层的韧性和抗热疲劳强度，制备得到的粉体包覆形态均匀完整，流动性好，显著降低了喷涂难度，提高了炉辊表面耐磨性，延长炉辊使用寿命，降低生产和维修成本。

为解决上述技术问题，本发明纳米陶瓷复合喷涂粉末的组分及重量百分比为：

金属合金MCrAlTaY            65%～90% ； 

纳米氧化铝和/或纳米氧化钇    5%～30% ；

纳米二硼化钛                 5%～15% ；

所述金属合金MCrAlTaY中，M为金属镍Ni、金属钴Co或金属镍-钴合金，其中重量百分比为：M 50%～80%、Cr 12%～28% 、Al 5%～12% 、Ta 0.2%～8%、 Y 0.1%～1.2%，金属合金MCrAlTaY与纳米氧化铝和/或纳米氧化钇构成合金氧化物陶瓷复合粉末，纳米二硼化钛为纳米金属陶瓷粉末。

进一步，上述合金氧化物陶瓷复合粉末颗粒的粒径为－40μm～+10μm。

进一步，上述纳米金属陶瓷粉末的粒径小于100nm。优选为10-60nm。

上述纳米陶瓷复合喷涂粉末的制备方法，将所述合金氧化物陶瓷复合粉末送入球磨机中，并加入两倍重量的氧化铝或氧化锆球体作为球磨介质和所述合金氧化物陶瓷复合粉末量8%-12％重量百分比的有机粘接剂，启动球磨机混合均匀，随后加入所述纳米金属陶瓷粉末，再次开启球磨机，控制适当球磨速度和时间直至所述纳米金属陶瓷粉末全部均匀包裹在所述合金氧化物陶瓷复合粉末颗粒表面，停止球磨机将湿料取出后放入干燥箱进行真空或保护气热处理，经过充分干燥后进行颗粒分级，得到用于喷涂镀层的大颗粒球形纳米陶瓷复合粉体。

进一步，上述大颗粒球形纳米陶瓷复合粉体的粒径为20～60μm。