[发明专利]一种碳纳米管强化热喷涂涂层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及表面工程领域，具体涉及一种碳纳米管强化热喷涂涂层及其制备方法和应用。

背景技术

热喷涂涂层以其良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，被大量运用于航空、航天、化工机械、高速印刷包装等行业。但热喷涂得到的涂层内部存在的大量微裂纹、缩孔等缺陷严重影响了涂层的结合性能。提高涂层内部的结合强度已成为热喷涂行业的研究热点。

碳纳米管具有接近完美的管状结构，其平均杨氏模量高达1.8TPa，平均弯曲强度高达14.2GPa，拉伸强度是钢的100倍而密度是钢的1/6，是一种性能优良的复合材料增强相，自被首次制造发现以来即被全世界关注，被广泛应用于材料、微电子、催化剂、医学、生物技术和航空航天等领域。由于其优异的力学性能，被运用于复合材料中起增强作用，如添加至橡胶、塑料薄膜、低熔点金属复合材料中起增韧作用。但是将其运用到热喷涂行业中却未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管强化热喷涂涂层，该涂层的涂层孔隙率低，结合强度高，有良好的耐磨、耐腐蚀、抗热震性能。

本发明的碳纳米管强化热喷涂涂层为97-98.5wt%Ni/Al合金和1.5-3wt%碳纳米管组成的涂层，涂层厚度为0.2-0.6mm或者为97-98.5wt%Ni/Al₂O₃粉末和1.5-3wt%碳纳米管组成的涂层，涂层厚度为0.4-0.7mm或者为含有前述两种涂层的复合涂层，涂层厚度为0.6-1.3mm；

其中，所述碳纳米管经过如下处理：先将碳纳米管与浓硝酸和浓硫酸的混酸混合，浓硝酸和浓硫酸的体积比为3:1，碳纳米管与混酸混合后加热至75-85℃，加热时间为6-8h，然后过滤、清洗至pH=6-7，120-150℃烘干，烘干后超声分散0.5-1h，过滤、烘干；最后进行敏化、活化、镀镍包覆球化处理，得到镀镍碳纳米管。

其中，含有前述两种涂层的复合涂层为以Ni/Al合金和碳纳米管组成的涂层作为打底层，以Ni/Al₂O₃和碳纳米管组成的涂层作为工作层，打底层喷涂在工件表面，工作层喷涂在打底层上。

优选地，本发明的碳纳米管强化热喷涂涂层为97-97.5wt%Ni/Al合金和2.5-3wt%碳纳米管组成的涂层，涂层厚度为0.2-0.4mm或者为97-97.5wt%Ni/Al₂O₃粉末和2.5-3wt%碳纳米管组成的涂层，涂层厚度为0.4-0.5mm或者为含有前述两种涂层的复合涂层，涂层厚度为0.6-0.9mm。

更优选地，本发明的碳纳米管强化热喷涂涂层为97wt%Ni/Al合金和3wt%碳纳米管组成的涂层，涂层厚度为0.3mm或者为97wt%Ni/Al₂O₃粉末和3wt%碳纳米管组成的涂层，涂层厚度为0.5mm或者为含有前述两种涂层的复合涂层，涂层厚度为0.7mm。

其中，所述Ni/Al合金中Ni含量为75-85wt%，Al含量为15-25wt%；所述Ni/Al₂O₃粉末中Ni的含量为75-85wt%，Al₂O₃的含量为15-25wt%。

优选地，所述Ni/Al合金中Ni含量为78-82wt%，Al含量为18-22wt%；所述Ni/Al₂O₃粉末中Ni的含量为77-83wt%，Al₂O₃的含量为17-23wt%。

最优选地，所述Ni/Al合金中Ni含量为80wt%，Al含量为20wt%；所述Ni/Al₂O₃粉末中Ni的含量为80wt%，Al₂O₃的含量为20wt%。