阅读说明：本技术 一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末及其制备方法 (Novel titanium carbide-iron chromium aluminum thermal spraying powder and preparation method thereof ) 是由 高峰 万伟伟 李�杰 吴超 张陆 张康 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末及其制备方法,属于表面工程技术领域。粉末成分为TiC：占40～65％,FeNiCrAl占35～60％；以质量计各元素的含量为Ti：32～52％,C：8～13％,Fe：17～30％,Ni：8.5～15％,Cr：6～14％,Al：1.5～3％,Si：0.17～0.3％。该成分粉末可以提升碳化钛金属陶瓷涂层的耐腐蚀性能,耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时,显著提高所得到涂层的耐腐蚀性能,能够在表面耐磨防护领域得到广泛应用。(A novel titanium carbide-iron chromium aluminum thermal spraying powder and a preparation method thereof belong to the technical field of surface engineering. The powder component is TiC: 40-65% of FeNiCrAl and 35-60% of FeNiCrAl; the contents of the elements by mass are Ti: 32-52%, C: 8-13%, Fe: 17-30%, Ni: 8.5-15%, Cr: 6-14%, Al: 1.5-3%, Si: 0.17 to 0.3 percent. The component powder can improve the corrosion resistance of the titanium carbide metal ceramic coating, the neutral salt spray corrosion resistance time is longer than 96 hours, the corrosion resistance of the obtained coating is obviously improved, and the titanium carbide metal ceramic coating can be widely applied to the field of surface wear-resistant protection.)

一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种热喷涂用的碳化钛铁基复合粉，可用于机械、石油、化工、船舶、冶金、电力等行业的表面耐磨防护。

背景技术

工业部件的失效常常在表面发生，表面防护是提高工业零部件寿命的常用方法。热喷涂金属陶瓷涂层是一种应用广泛的表面防护工艺，金属陶瓷复合材料具有陶瓷的硬度和金属的韧性，WC-Co是目前热喷涂耐磨涂层最常用的金属陶瓷复合材料，然而由于钨和钴都是战略性资源，且价格较贵，在使用中受到一定的限制。TiC是一种常见的碳化物陶瓷，其硬度高、价格便宜，在硬质合金行业已经部分取代WC获得广泛应用。而在热喷涂领域，其应用较少，有文献研究了超音速火焰喷涂75TiC-25FeCrAl材料的性能(Properties of HVOF-sprayed TiC-FeCrAl coatings，Wear，418-419，(2019)，36-51)，结果表明，TiC-FeCrAl涂层的硬度可达HV1182～HV1380，孔隙率0.53～1.1％。但该涂层的耐腐蚀性能存在不足，主要原因是喷涂过程中的焰流温度在2000℃以上，喷涂粉末颗粒会被加热到1600℃以上，喷涂粉末在冷却过程中会在边缘析出Cr、Al等元素，而这两种元素易在喷涂中发生氧化，降低了Cr、Al的实际含量，造成耐腐蚀性下降。

实践中，以普通碳钢为基体，制备75TiC-25FeCrAl的涂层样片在中性盐雾试验条件下不足50小时就会出现锈斑。人们迫切需要一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末，提高所得到涂层的耐腐蚀性能，从而在表面耐磨防护领域得到广泛应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末，可有效提高碳化钛金属陶瓷涂层的耐腐蚀性。碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末成分以质量计：TiC占40～65％；FeNiCrAl占35～60％。

进一步地，碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末中，以质量计各元素的含量为：Ti：32～52％，C：8～13％，Fe：17～30％，Ni：8.5～15％，Cr：6～14％，Al：1.5～3％，Si：0.17～0.3％。

以质量计各组分的最优配比为：TiC占60％，Fe占19.8％，Ni占10％，Cr占8％，Al占2％，Si占0.2％。

发明人经过不断探索发现：粉末材料在热喷涂过程中经历快速加热、熔化、变形、凝固等过程形成涂层，粉末在快速加热熔化过程中偏离平衡状态，TiC在高温下部分溶于铁基合金中，快速冷却过程中，由于存在一定含量的Ni，在1647K左右，即热喷涂粉末凝固温度点左右，铁合金会优先凝固成奥氏体，Cr、Al会较多的溶解在腐蚀性奥氏体中，提高铁合金的耐腐蚀性能；如果Ni含量偏少，则铁合金优先凝固成铁素体，Cr、Al在铁素体中溶解度较小，会在凝固颗粒边缘析出，此时凝固颗粒温度还较高，易发生氧化。Ni含量过高时，TiC在高温会溶解到铁合金中，造成涂层硬度偏低；本发明添加了Si元素，进一步限制了TiC在铁合金中溶解，另外Si还可以促使TiC金属陶瓷颗粒在喷涂飞行过程中表面形成SiO2保护膜，减缓Cr、Al的氧化，提高涂层的耐腐蚀性能。

本发明还提供一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末的制备方法，步骤如下：

(1)原料准备：TiC粉末，占复合粉末总重量的40～65％；铁粉，占总重量的17～30％；镍粉，占总重量的8.5～15％；铬粉，占总重量的6～14％；铝粉，占总重量的1.5～3％；Si粉，占总重量的0.17～0.3％。

其中最优配比为：TiC占60％，Fe占19.8％，Ni占10％，Cr占8％，Al占2％，Si占0.2％。

(2)将上述粉末混合均匀，加入去离子水制成湿磨介质，加入粘结剂后球磨，制得混合料浆。

(3)将上述混合料浆经过喷雾干燥后制得团聚颗粒。

(4)将步骤(3)制得的团聚颗粒烧结得到粉末。

(5)将步骤(4)得到的粉末筛分分级后获得成品，即为新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末。

在一些具体实施方案中，步骤(2)中粘接剂为聚乙烯醇或聚乙烯二醇，粘接剂加入量为原料总重量的1～6％，球磨时间12～72小时。

在一些具体实施方案中，步骤(2)中球磨前还加入抗氧化剂和消泡剂。

在一些具体实施方案中，步骤(3)中喷雾干燥工艺参数为：离心喷雾干燥设备的进口温度为200～240℃，出口温度为110～150℃，雾化盘转速为5000～20000r/min，送料量为100～400ml/min。

在一些具体实施方案中，步骤(4)中烧结工艺参数为：烧结在真空炉中进行，烧结温度为1210～1380℃，保温2～3小时后随炉冷却至150℃以下后出炉。

本发明的有益效果在于，提供了一种新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末及其制备方法，所得到的涂层耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时，显著提高所得到涂层的耐腐蚀性能，能够在表面耐磨防护领域得到广泛应用。

附图说明

图1为本发明制备的新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末颗粒的形貌。

具体实施方式

以下用实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

1)称取TiC粉60kg，Fe粉19.8kg，Ni粉10kg，Cr粉8kg，Al粉2kg，Si粉0.2kg；

2)将上述粉末混合均匀，加入去离子水制成湿磨介质，加入3kg的聚乙烯醇作为粘结剂，少量抗氧化剂、消泡剂，球磨24小时，制得混合料浆；

3)采用离心喷雾干燥方式制备团聚粉末，其中进口温度为220℃，出口温度为110℃，雾化盘转速为10000/min，送料量为300ml/min；

4)将粉末置于真空脱胶炉中加热，烧结温度为1340℃，保温3小时后随炉冷至150℃以下出炉；

5)筛分分级得到新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末成品，其颗粒形貌如图1所示。

6)采用超音速火焰喷涂，优化喷涂工艺参数，以普通碳钢为基体制备涂层，涂层显微硬度HV_0.31050～1283，耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时。

实施例2

1)称取TiC粉50kg，Fe粉24.5kg，Ni粉12.5kg，Cr粉10kg，Al粉2.75kg，Si粉0.25kg；

2)将上述粉末混合均匀，加入去离子水制成湿磨介质，加入3.3kg的聚乙烯醇作为粘结剂，少量抗氧化剂、消泡剂，球磨36小时，制得混合料浆；

3)采用离心喷雾干燥方式制备团聚粉末，其中进口温度为220℃，出口温度为110℃，雾化盘转速为10000/min，送料量为350ml/min；

4)将粉末置于真空脱胶炉中加热，烧结温度为1300℃，保温3小时后随炉冷至150℃以下出炉；

5)筛分分级得到新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末成品。

6)采用超音速火焰喷涂，优化喷涂工艺参数，以普通碳钢为基体制备涂层，涂层显微硬度HV_0.31020～1220，耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时。

实施例3

1)称取TiC粉65kg，Fe粉17.3kg，Ni粉8.75kg，Cr粉7kg，Al粉1.75kg，Si粉0.2kg；

2)将上述粉末混合均匀，加入去离子水制成湿磨介质，加入3.3kg的聚乙烯醇作为粘结剂，少量抗氧化剂、消泡剂，球磨48小时，制得混合料浆；

3)采用离心喷雾干燥方式制备团聚粉末，其中进口温度为220℃，出口温度为110℃，雾化盘转速为10000/min，送料量为350ml/min；

4)将粉末置于真空脱胶炉中加热，烧结温度为1360℃，保温3小时后随炉冷至150℃以下出炉；

5)筛分分级得到新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末成品。

6)采用超音速火焰喷涂，优化喷涂工艺参数，以普通碳钢为基体制备涂层，涂层显微硬度HV_0.31210～1380，耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时。

实施例4

1)称取TiC粉40kg，Fe粉29.7kg，Ni粉15kg，Cr粉12kg，Al粉3kg，Si粉0.3kg；

2)将上述粉末混合均匀，加入去离子水制成湿磨介质，加入3.3kg的聚乙烯醇作为粘结剂，少量抗氧化剂、消泡剂，球磨72小时，制得混合料浆；

3)采用离心喷雾干燥方式制备团聚粉末，其中进口温度为230℃，出口温度为110℃，雾化盘转速为12000/min，送料量为400ml/min；

4)将粉末置于真空脱胶炉中加热，烧结温度为1240℃，保温3小时后随炉冷至150℃以下出炉；

5)筛分分级得到新型碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末成品。

6)采用超音速火焰喷涂，优化喷涂工艺参数，以普通碳钢为基体制备涂层，涂层显微硬度HV_0.3610～880，耐中性盐雾腐蚀时间大于96小时。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。