[发明专利]一种纳米复合结构颗粒喂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基陶瓷复合材料领域，特别涉及一种纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金是指以镍为基体，在高温（600～1100℃）下具有较高的强度，良好的抗氧化腐蚀性能，优异的断裂韧性，并在一定应力作用下可长期使用的一类金属材料，它是广泛应用于现代航空燃气涡轮、舰船燃气轮机、地面涡轮机和火箭发动机的重要金属材料。目前，不仅涡轮叶片以及燃烧室，甚至涡轮盘以及后几级压气机叶片也开始使用镍基高温合金。然而，航空航天技术的进步使得涡轮发动机进口温度不断提高，这就要求以镍基合金为代表的高温合金材料拥有更加优异的高温性能。因此，在高温合金表面涂覆防护涂层技术得以发展。

MoSi₂具有金属和陶瓷的双重特性，主要表现为：(1)足够高的熔点(T_m为2030℃)，若按0.8T_m估算其工作温度，其值在1600℃以上；(2)适中的比重(6.24g/cm³)，低于目前航空用Ni基合金的比重(约为8.44g/cm³)；(3)极好的高温抗氧化性，在氧化气氛中，MoSi₂表面能生成一种能自愈合的致密SiO₂薄膜，从而保护基体材料不被氧化；(4)具有脆性-韧性转变，其转变温度(BDTT)一般在900~1000℃左右。因此，MoSi₂材料是一种极具潜力的高温结构材料，尤其可望成为航空涡轮发动机构件涂层的极佳候选材料。

然而，MoSi₂作为一种陶瓷材料，或多或少总存在玻璃相和气孔，其塑变能力和抗疲劳性能差，韧性较低，对应力集中和裂纹较为敏感，尤其是在低温环境下会由于钼和硅的同时氧化而导致材料直接粉化（俗称“pest”现象），这使MoSi₂在涂层材料方面的应用受到了限制。此外，MoSi₂的热膨胀系数为8.1×10^-6/K，高温合金的热膨胀系数为18~22×10^-6/K，两者较大的差异将直接影响它们之间的结合，使得涂层与基体在受到冷热交替作用时因变形量不同而产生应力，当此应力大于两者之间的结合力时将导致涂层剥落。

发明内容

为了克服MoSi₂作为涂层材料所存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料。

本发明的另一目的在于提供上述纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料的制备方法。该制备方法环境友好，工艺过程简单，生产成本相对较低，适于批量生产，制备的颗粒喂料近似球状，且复合效果好，流动性优异，可直接用于热喷涂。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种纳米复合结构颗粒喂料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将微米级MoSi₂和CoNiCrAlY粉末按1:1的质量比预混10~20h；

（2）将步骤（1）所得的混合粉末与球磨介质放入球磨罐中，球料比为(10~20):1，并添加分散剂，然后将罐体抽真空后充入保护气体，再进行高能球磨，球磨机转速为200~400r/min，球磨时间为5~40h，球磨结束获得复合粉末；

（3）将步骤（2）得到的复合粉末在真空环境下进行过筛，最终获得纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料。

优选地，所述的球磨机为行星式球磨机，所述的球磨过程为每球磨30min后停机6min，再反向球磨30min，依次循环。

优选地，所述球磨机转速为300r/min，球磨时间为30h。

优选地，所述MoSi₂为t-MoSi₂相结构，所述CoNiCrAlY为γ-(Co，Ni)相以及γ-(Co，Ni)Al相结构。

优选地，步骤（1）所述预混采用V型混料机，混料机的转速为25~35r/min。

优选地，步骤（2）所述分散剂为硬脂酸或无水乙醇。

优选地，所述分散剂的添加量占混合粉末质量的2%~5%。

优选地，步骤（2）所述的球磨介质为高Cr不锈钢磨球，所述的保护气体为高纯氩气。

优选地，步骤（3）所述的过筛为先经300目筛子过筛，再经800目筛子过筛。