一種反應火焰熱噴涂氧化鋁-氧化鈦復相涂層的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于陶瓷涂層技術領域，特別涉及一種反應火焰熱噴涂氧化鋁-氧化鈦復 相涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002] 熱噴涂技術雖然具有設備簡單、工藝靈活、涂層沉積效率高等優點，但這一技術仍 然存在明顯的局限性。這項技術多用于制備低溫涂層，當用于制備陶瓷或金屬間化合物涂 層時，由于其自身噴涂火焰溫度低等局限性而難以獲得高質量的金屬基陶瓷涂層。因此，只 能采用等離子噴涂、超音速噴涂等工藝設備復雜而成本高的技術手段，這使得火焰噴涂成 本較低，方便靈活的優勢便無法發揮。
[0003] 反應熱噴涂技術是自蔓延高溫合成技術與熱噴涂技術相結合而發展起來的新技 術。它采用高放熱體系作為噴涂材料，利用傳統熱源熔化并引燃噴涂材料的自蔓延高溫合 成反應，反應合成的熔滴經霧化后噴射到基材表面而形成涂層。與普通熱噴涂相比，自蔓延 高溫合成反應熱噴涂具備的特點是：1.熱源溫度高。放熱體系在噴涂過程中被燃燒，放出 大量熱，在噴涂火焰和自蔓延反應放熱雙重作用下，使基材表面更容易發生微熔化，有利于 和涂層之間形成牢固的冶金結合。同時使陶瓷顆粒熔融更充分，涂層更致密，孔隙率低，耐 磨耐蝕性能更優異。2.制備成本更低。可利用廉價原始噴涂材料合成出性能優異的涂層。 3.應用前景廣闊。利用反應火焰熱噴涂技術，在有色金屬表面制備陶瓷涂層具有廣泛的前 景。
[0004] 但反應火焰熱噴涂技術仍是一個新興的技術領域，相關的理論研宄尚不完善，噴 涂過程中的燃燒合成反應模式、熔化連接過程及凝固規律尚缺乏完整的理論體系，因而基 本處于實驗研宄和理論預研階段。目前應用反應熱噴涂技術在鋼材料表面應用較多，制得 的陶瓷涂層性能比較穩定，但在同樣具有發展前景的有色金屬表面制備陶瓷涂層，這在國 內尚未見到有關報道。因此，對這一領域進行深刻的研宄具有重大的現實意義。

【發明內容】

[0005] 為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種反應火焰熱噴涂氧化 鋁-氧化鈦復相涂層的制備方法，以Al、Ti02、B203、Al 2O3四種粉末為原料在可降解鋁合金 基體上制備了氧化鋁-氧化鈦復相陶瓷涂層，具有更致密、孔隙率低，耐磨耐蝕性能優異的 特點。
[0006] 為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：一種反應火焰熱噴涂氧化鋁-氧 化鈦復相涂層的制備方法，步驟如下：
[0007] 步驟1 :噴涂喂料的制備：
[0008] 1-1喂料配比：將Al、Ti02、B203、Al 2O3四種粉末作為噴涂骨料成分，將Al 203、TiO2 混合，其中Al2O3占二者混合物質量的87%，TiO2占二者混合物質量的13%，將Al、Ti0 2、B203 按照摩爾比10:3:3構成鋁熱劑組分，按照反應式10Al+3B203+3Ti02- 5A1 203+3TiB2進行反 應，進而確定反應體系Al、Ti02、B2O3的質量比為9:7:8,將Al 203、1102的混合物與Al、B 203、 1102的混合物再次混合，Al 203、1102的混合物所占質量百分比為30-50%，Al、B 203、1102的 混合物所占質量百分比為50-70% ;
[0009] 1-2干法球磨：將步驟1-1混合后的粉末進行球磨，球料質量比為5:1，其中大球、 中球、小球直徑分別為20mm、10mm、6mm，大球、中球、小球數比為2:40:250,轉速為320r/ min，球磨時間為12h，在真空條件下單向不間歇運行，停機后取下球磨罐，放置兩天后取樣， 得到復合粉末；
[0010] 1-3粘結劑制備：制備質量分數為7%的聚乙烯醇水溶液作為粘結劑：在15-20°C 的水中浸泡聚乙烯醇1-2小時，使其充分溶脹，在恒溫水浴鍋中進行溶解并不斷攪拌，恒溫 水浴鍋溫度控制在80-95°C，并保溫2-2. 5小時，直到溶液不再含有顆粒；
[0011] 1-4復合粉末團聚：將步驟1-3所得粘結劑少量、連續地倒入步驟1-2所得的復合 粉末中，復合粉末與粘結劑按質量比5:1混合，攪拌速度100-200r/min，時間1-2小時，使其 充分均勻混合，之后將所得團聚粉末進行烘干處理；
[0012] 1-5團聚粉末破碎：將步驟1-4所得團聚的粉末放入研缽中進行破碎過篩，過200 目篩，選取篩下的粉末留作噴涂使用；
[0013] 步驟2 :基體材料預處理：
[0014] 選取可降解鋁合金作為基體材料，采用氧-乙炔火焰噴槍對基體進行預熱處理， 預熱溫度400-500°C，用線切割將可降解鋁合金切成邊長為20-30mm的立方體，用砂紙打磨 去除氧化皮使試樣表面活化并粗化，對基體表面粗化的方法采用噴砂處理，噴砂磨粒為20 目剛玉砂，噴涂距離100-150mm，噴砂角度90°，壓縮空氣壓力0. 6-0. 8MPa，噴砂后從各個 角度觀察噴砂面，均無反射亮斑時，即為合格；
[0015] 步驟3 :在步驟2處理后的基體材料表面噴涂Ni-Al過渡層：
[0016] 過渡層材料選用鎳包錯合金粉末，鎳包錯粉Ni-Al粒度50-120 μ m，Al元素的含量 為質量百分比10. 24%，其余為Ni，首先用火焰噴槍對粗化的基體試樣進行預熱，預熱溫度 為500-600°C，時間6-9分鐘，預熱后立即在試樣表面噴涂Ni-Al過渡層；
[0017] 步驟4 :陶瓷涂層的制備：
[0018] 將步驟1-5所得粉末作為噴涂材料，利用氧-乙炔火焰噴涂預熱處理后的基 體制備陶瓷涂層，先對噴涂有過渡層的基體進行預熱，預熱溫度400-500°C，預熱時間是 4-6min，試樣預熱后，立即進行噴涂，反應火焰熱噴涂的參數為：噴涂角度60-90°，噴涂距 離為110-160臟，〇2壓力0.8-0.91〇^，(：2!12壓力0.11-0.14]\〇^，移動速度 60-90臟.8-1，送粉 量1. 0-1. 5kg 火焰性質為中性火焰，試樣噴涂完后，立刻將其放入400°C馬弗爐中隨爐 冷卻；
[0019] 步驟5:重熔處理：
[0020] 采用中性火焰對步驟4熱噴涂后的陶瓷涂層進行重熔處理，處理時間為15s，火焰 重熔的溫度為：1000-1200°C。
[0021] 所述球磨采用行星式球磨機。
[0022] 所述干法球磨球罐材質為剛玉，球罐容積為250ml，磨球材質為氧化鋯。
[0023] 所述火焰噴槍采用QH-2/h型。
[0024] 本發明采用的一種反應火焰熱噴涂氧化鋁-氧化鈦復相涂層的制備方法，以 Al2O3-TiO2為原料，添加 Al-TiO 2-B203系鋁熱劑為放熱體系，采用反應火焰熱噴涂技術在可 降解鋁合金的表面制備氧化鋁-氧化鈦復相涂層，采用干法球磨后，粉體中有TiB2、Al3Ti 等新相生成，反應火焰熱噴涂后，涂層主要由Al2O3-TiO2相組成，同時還伴有TiB 2、MgAl2O4 等新相，涂層和基體結合較好，結合強度可達到20. 13MPa，在400°C抗熱震次數可達到51 次不出現翹皮、開裂現象，涂層的孔隙率為：12. 5-15%，涂層的最大顯微硬度值可達到 1224HVai，耐磨粒磨損相對于基體提高10. 53-15. 48倍。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明的含有氧化鋁-氧化鈦陶瓷涂層制備方法流程圖。
[0026] 圖2為本發明采用的粉體原材料形貌圖，其中（a)為Al2O3粉體原材料形貌圖，（b) 為Al原材料粉形貌圖，（c)為TiO 2粉體原材料形貌圖，（d)為B2O3粉體原材料形貌圖，（e) 為采用粘結劑混合過篩后粉末形貌圖，（f)為復合粉末12h球磨后形貌。
[0027] 圖3為球磨后復合粉末粒度分析圖，其中（a)為粒度范圍曲線圖，（b)為粒度測試 結果圖。
[0028] 圖4為球磨后復合粉末的XRD圖。
[0029] 圖5為復合粉末經PVA造粒后形貌圖。
[0030] 圖6為反應火焰熱噴涂后涂層的XRD圖。
[0031] 圖7為（a)、（b)分別為對比實施例中制備的陶瓷涂層表面形貌、截面形貌。
[0032] 圖8為涂層及基體顯微硬度分布圖。
[0033] 圖9為涂層和基體磨損量隨時間變化的關系圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0035] 實施例一：