[发明专利]一种Ti2AlC MAX相陶瓷涂层及其冷喷涂制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti₂AlC MAX相陶瓷涂层及其冷喷涂制备方法，属于陶瓷涂层的制备技术领域。首先将Ti₂AlC纳米粉末、粘接剂和去离子水按比例混和均匀进行水热处理，然后清洗去除粘接剂，再干燥就得到由纳米粉团聚的微米级Ti₂AlC陶瓷粉末；其次，使用冷喷涂将该粉末喷涂到基体表面得到Ti₂AlC陶瓷涂层；冷喷涂使用压缩空气为工作气体，气体温度为200‑600℃，气体压力为1.5‑2.5MPa，喷涂距离为10‑30mm。本发明先借助水热处理技术得到由纳米粉团聚成的微米级Ti₂AlC粉体，然后仅使用低成本的压缩空气为载气就能制备出厚度大的Ti₂AlC陶瓷涂层。本发明方法简单、沉积效率高。

技术领域

本发明涉及陶瓷涂层的制备技术领域，具体为一种Ti₂AlC MAX相陶瓷涂层及其冷喷涂制备方法。

背景技术

MAX相，其中M是过渡族金属前面的元素，A是A族元素，X为碳或氮，迄今已经被研究了近十五年。MAX相被认为主要表现为陶瓷，但它们具有纳米层叠结构与交替的共价键和金属键，在晶胞内它们也可以显示有限的塑性变形。由于它们良好的高温性能和热稳定性，MAX相涂层被认为有望替代MCrAlY涂层用于热气体腐蚀保护，例如作为涡轮机的涂层刀片。

到目前为止，MAX相涂层主要通过物理气相沉积(PVD)沉积制备。已经有人尝试通过热喷涂制备MAX相涂层，例如等离子喷涂、高速火焰喷涂等，但由于需要将MAX相粉末熔化，极大地影响其相的含量和纯度；而且，容易有未完全熔化的颗粒沉积。在制备MAX相材料涂层的研究过程中，Frodelius等利用超音速火焰法成功在不锈钢表面制备出厚度大于100μm的Ti₂AlC涂层，并且对其进行了系统分析(FRODELIUS J,SONESTRDT M,BJORKLUND S,etal.Ti2AlC coatings deposited by high velocity oxy-fuel spraying[J].Surfaceand Coatings Technology,2008,202(24):5976-5981.)。结果表明，所得涂层与基体结合良好，具有孔隙率低、组织致密的特点。陈洋等先利用真空烧结制备出高纯度Cr₂AlC粉末，再通过超音速火焰喷涂法制备出了厚度大于200μm的Cr₂AlC涂层(陈洋,储茂友,王力军,等.超音速火焰喷涂制备Cr₂AlC涂层组织性能研究[J].稀有金属,2012,(4):568-573.)。传统的热喷涂技术，如：火焰喷涂、电弧喷涂和等离子喷涂等，由于喷涂时温度偏高，粉末颗粒或线材需要被加热到熔化状态，不可避免地使喷涂材料在喷涂的过程中发生相变、化学反应及辐射等现象，极大降低了涂层的性能，因此也不适宜用来制备MAX相陶瓷涂层。