[发明专利]一种增材制造用改性减摩耐磨抗蚀纳米陶瓷粉体材料的制备方法

说明书

一种增材制造用改性减摩耐磨抗蚀纳米陶瓷粉体材料的制备方法，涉及一种增材制造用陶瓷粉体材料的制备方法。本发明是为了解决目前增材制造用陶瓷粉体材料无法同时具备耐磨、抗蚀、减摩和自润滑功能的技术问题。本发明：①球磨混粉；②喷雾干燥；③松装烧结致密化处理；④对相对致密的复合粉体进行二次造粒得到较为致密的复合粉体；⑤采用等离子技术对二次造粒粉体进行处理；⑥过筛。本发明制备的纳米陶瓷粉体材料具有优良的减摩耐磨抗蚀性能，适用于各种增材制造技术尤其是热喷涂技术领域，如作为各种热喷涂陶瓷工作面层材料，尤其可作为用于军舰、潜艇、航空母舰等高端装备上的具有减摩耐磨抗蚀需求的零部件上用的涂层材料。

技术领域

本发明涉及一种增材制造用陶瓷粉体材料的制备方法。

背景技术

现代热喷涂尤其是等离子喷涂作为材料表面强化与改性的先进技术，能通过喷涂获得 不同材质的涂层来提高被保护基体材料的耐磨、耐蚀、耐温等性能，可在不改变整体材料 性能的前提下实现对关键部件的防护。等离子喷涂技术可用于金属、陶瓷及复合材料涂层 的制备，其中陶瓷涂层因具有高硬度、高耐磨耐蚀等优点而广泛应用于海洋环境中运动部 件的表面防护，尤其是舰船、潜艇、航母装备上的关键部件，和海洋装备中钻井套管、作 业泵和管件等运动部件的强化。热喷涂技术就是表面工程中的一种重要技术手段，它被普 遍应用于航空航天，冶金等相关领域。等离子喷涂作为一种将等离子电弧作为热源的热喷 涂方法，在利用热源将预处理后的基体材料加热后，通过喷枪将喷涂颗粒伴随着等离子焰 流以熔融或半熔融状态高速喷射在基体表面，并形成一层致密的涂层。

在热喷涂纳米涂层技术中，通过球磨混粉、喷雾干燥团聚、高温烧结致密化等手段， 将所需成分组成的纳米尺度的初始粉体制备成满足热喷涂要求的纳米结构可喷涂粉体喂 料的过程就是所谓的纳米粉体再造粒。不仅可喷涂粉体喂料的成分和组织结构，还有可喷 涂粉体喂料的致密度和流动性都将直接影响涂层的最终性能。可喷涂粉体喂料致密度越 高，由其制备的涂层也越致密，于是涂层的力学性能就会更好。此外，粉体喂料的流动性 还会影响到沉积效率。在液料喷涂技术出现之前，若是没有纳米粉体再造粒技术，也就不 可能得到纳米结构的热喷涂涂层。重要的还有，可喷涂粉体喂料的成分和纳微观组织结构 也可以通过纳米粉体再造粒过程进行调控，于是就能够获得不同所需性能的纳米结构热喷 涂涂层。

陶瓷材料性能优异，具有高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热能力、低热膨胀系数和 低摩擦系数等特性，并且具有较高的熔点，恰好可以利用等离子喷涂焰流能量集中、温度 高的特点，将陶瓷粉体用作等离子喷涂原料以制备成具有相应性能的涂层。在多种陶瓷涂 层中，Al₂O₃/TiO₂复合氧化物陶瓷涂层在军舰、潜艇、和航空母舰设备上的数百种零部件上 获得了广泛应用(如潜艇进气和排气阀件、舱门支杆、气体透平机的螺旋泵转子和燃料泵部 件等)。其中Al₂O₃是较为重要的一种氧化物陶瓷涂层材料，它具有涂层硬度高、耐腐蚀性 强等特点，并且具有很强的绝缘性。但Al₂O₃涂层脆性大，对应力或缺陷十分敏感，因此在工程应用当中会受到很多局限。通过添加TiO₂粉末，可以增强Al₂O₃涂层的韧性，等离子 喷涂Al₂O₃/TiO₂陶瓷涂层较纯Al₂O₃陶瓷涂层机械物理性能得到明显改善。