[发明专利]一种热喷涂粉末

说明书

本发明公开了一种热喷涂粉末，利用氧化铝或二氧化钛，将石墨烯包裹起来制成颗粒，以保护石墨烯在热喷涂过程中不被高温氧化，最大限度保留热喷涂涂层中的石墨烯。由于将陶瓷粉末包覆在石墨烯的表面形成了陶瓷粉末包覆的石墨烯颗粒，使得在热喷涂的过程中，由于陶瓷粉末将石墨烯与高温隔开，使得石墨烯不容易被气化损失，在喷涂后的涂层中留有大量的石墨烯，从而使得制备的涂层具有良好的自润滑效果，提高了涂层的耐磨性能，且扩宽了涂层的应用。其制备方法简单，成功率高，便于工业操作。

技术领域

本发明涉及热喷涂领域，具体涉及一种热喷涂粉末。

背景技术

随着科技的进步，工业生产也向高度自动化和高速化方向发展，这也使得许多零件(如轴承、刀具等)在重载、高速、高温、强腐蚀等苛刻环境条件下工作。这些使用环境超越了润滑油脂的使用极限，即使在零件表面镀覆了陶瓷涂层，仍然难以满足零件在这些环境中长时间正常运转，零件的使用寿命较低。因此，人们正致力于研制具有自润滑特性的陶瓷涂层，通过在零件的表面镀覆一层陶瓷涂层，赋予零件耐高温腐蚀、热导率低、热稳定性好、耐磨损、高硬度等性能，以期提高零件在这些苛刻条件下的使用寿命。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，是构建最常用的固体润滑剂石墨的基本单元，是一种新型的自润滑抗磨减摩涂层添加剂。目前，已有研究将石墨烯与陶瓷粉末混合在一起通过球磨的方式得到混合物，将混合物冷冻干燥得到具有石墨烯的陶瓷粉末，再通过热喷涂的方式制备出石墨烯-陶瓷涂层。但是，发明人在研究中发现，这样的方法制备出的石墨烯-陶瓷涂层的自润滑效果差，甚至不具备自润滑效果。因为在喷涂过程中，喷涂的粉末会经历几千至上万摄氏度高温，而且在喷涂过程难以实现惰性气体保护。在这样的高温下，石墨烯被氧化成CO₂，使得喷涂后形成的石墨烯-陶瓷涂层中，石墨烯的含量降低，残存的石墨烯难以起到自润滑效果。

因此，如何获得自润滑效果良好的陶瓷涂层，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的喷涂过程中，高温将石墨烯氧化导致的石墨烯-陶瓷涂层的自润滑性能差的问题，提供一种热喷涂粉末。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种热喷涂粉末，包括氧化铝包覆石墨烯粉末和二氧化钛包覆石墨烯粉末，所述氧化铝包覆石墨烯粉末和二氧化钛包覆石墨烯粉末的质量比为2~20:1，且氧化铝包覆石墨烯粉末和二氧化钛包覆石墨烯粉末的总添加量占所述热喷涂粉末的10%~100%质量分数。

其中，所述氧化铝包覆石墨烯粉末的制备方法为：

（1）将AlCl₃·6H₂O溶于去离子水中，经过水解反应生成活性单体；将石墨烯加入乙醇中，超声2h；

（2）将上述两种溶液混合，在超声浴中搅拌30-60min后，逐滴加入氨水直至pH=9，生成Al(OH)₃凝胶；将Al(OH)₃凝胶离心，并用50%乙醇水溶液清洗3-5次；

（3）将上述凝胶于60-100℃烘干10-20h并捣碎，然后1000-1200℃惰性气体保护或真空条件下灼烧4-6h后，研磨并过0.075mm筛子得到氧化铝包覆石墨烯粉末。

所述步骤（1）中，AlCl₃·6H₂O与去离子水的比例为0.01mol：20-100mL；所述石墨烯的粒径为5-15μm，厚度为10-30nm，石墨烯与乙醇为之比为1g：250-1500mL。

其中，所述二氧化钛包覆石墨烯粉末的制备方法为：

1）将Ti(OBu)₄加入无水乙醇中，强力搅拌10-30min，得到溶液A；