本发明涉及材料制备领域，尤其涉及镀镍al2(wo4)3的制备方法、等离子熔覆的熔覆材料与复合涂层的制备方法。
背景技术：
：等离子熔覆是集等离子快速融化、熔池中物质相互作用以及快速凝固成型等多学科交叉的新技术，其具体是一种快速非平衡冶金反应过程，即在高能量密度等离子束加热下，基体与根据需要加入的合金粉末同时融化，并形成具有冶金结合特征的涂层。它熔池体积小，中间温度高，两边温度低，温度梯度大，利于晶粒长大，但应力较大，易产生裂纹；熔池中金属的熔化与凝固同步进行，温度分布不均匀，形成对流对熔池有搅拌作用；由于存在悬浮的杂质和未熔的第二相，熔池非均匀形核显著。这些特点均使得熔敷涂层的组织细小，固溶度大，结构多样化，有晶格畸变现象，存在亚稳相等特征。等离子熔覆技术能够在廉价的基材上获得性能优异的金属涂层，并可以显著改善材料的耐磨、耐蚀、耐热等特性，极大的节约了成本，因而该技术在表面工程
技术领域：
得到了广泛研究。镍基粉末是一种重要的等离子熔覆材料体系，包括ni-b-si和ni-cr-b-si两种粉末类型；其中，常用的ni-cr-b-si粉末熔敷后涂层的硬度不高，但具有良好的韧性、抗氧化性和耐急冷急热性，在一定温度下具有一定的耐磨和耐蚀能力，易于加工，广泛应用于对硬度要求不高的零部件。为了提高涂层的硬度及耐磨性，一般加入碳化物、硼化物以及硅化物等硬质相，但会带来裂纹开裂及涂层脱落等严重问题。在另一个方面，大型空气压缩机作为一类极具再制造价值的高新技术，其叶片的修复对其使用性能产生至关重要的影响，由于叶片独特的结构特点，研制及加工难度极大。目前，压缩机叶片大多采用fv520b材料制备而成，利用等离子熔覆修复后，由于涂层热胀冷缩的性质，极易导致涂层的剥落及失效，最终影响压缩机的使用性能。为了消除叶片涂层热胀冷缩的不良影响，负热膨胀材料逐渐吸引了研究人员的注意，例如al2(wo4)3、zr(wo4)2、sc2(wo4)3以及mn3znn等等，将上述材料应用于叶片的等离子熔覆过程中有望改善叶片热胀冷缩的问题。其中，al2(wo4)3热力学稳定温度范围很宽且制备过程简单，经过高温高压处理后，没有相变发生，是一种优良的耐高温耐高压的负热膨胀材料，并且由于本身属于硬质相，其可以极大地提高材料的耐磨性能。但在叶片等离子熔覆过程中，如果单纯地将al2(wo4)3添加进ni基粉末中，由于二者结构差异较大，润湿性及匹配度不好，使得在熔覆过程中，al2(wo4)3粉末在涂层中的分布不均匀，造成整体的材料体系热膨胀系数差异较大，更易造成裂纹的形成乃至涂层的剥落，导致压缩机使用性能出现问题。技术实现要素：本发明解决的技术问题在于提供一种al2(wo4)3复合材料，该复合材料用于等离子熔覆，既能提高基体的耐磨性还能避免镀层的开裂问题。有鉴于此，有鉴于此，本申请提供了一种al2(wo4)3复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)，将al2(wo4)3颗粒活化；将活化后的al2(wo4)3解胶；b)，将步骤a)得到的al2(wo4)3颗粒在镀镍液中进行化学镀镍，得到al2(wo4)3复合材料。优选的，所述活化的活化液包括活化液a和活化液b，所述活化液a为比例关系为(70～80)g：(180～250)ml：(5～10)g的氯化亚锡、浓盐酸与三水合锡酸钠的混合液，所述活化液b为比例关系为(0.8～1.2)g：(80～120)ml：(180～250)g：(2.0～3.0)g的氯化钯、浓盐酸、去离子水和氯化亚锡的混合液，所述浓盐酸的浓度为37％；所述al2(wo4)3颗粒在所述活化的活化液中的浓度为70～85g/l；所述al2(wo4)3颗粒的粒径为50～70μm。优选的，所述活化的温度为40～60℃，时间为1～2h；所述解胶在浓度为8％～10％的盐酸水溶液中进行，所述解胶的温度为20～30℃，时间为5～10min。优选的，所述镀镍液包括镍源、乙二胺四乙酸、乳酸、水合肼和碱液；所述镍源、乙二胺四乙酸、乳酸、水合肼和碱液在所述镀镍液中的比例关系为(25～35)g/l：(20～30)g/l：(35～45)ml/l：(75～95)ml/l：(35～45)g/l；所述化学镀镍的温度为55～65℃，时间为0.5～1.0h；。本申请提供了一种al2(wo4)3复合材料，由al2(wo4)3颗粒和包覆于al2(wo4)3颗粒表面的镀层组成，所述镀层为镍层。优选的，所述al2(wo4)3颗粒为50～75μm，所述镍层的厚度为3～6μm。本申请还提供了一种等离子熔覆的熔覆材料，包括粘结相和上述方案所述的制备方法所制备的或上述方案所述的al2(wo4)3复合材料。优选的，所述al2(wo4)3复合材料为所述熔覆材料的1～3wt％。本申请还提供了一种复合涂层的制备方法，包括：将al2(wo4)3复合材料与粘结相混合，得到合金粉末；所述al2(wo4)3复合材料为上述方案所述的制备方法所制备的或上述方案所述的al2(wo4)3复合材料；利用等离子熔覆技术将所述合金粉末涂覆于基体表面，得到复合涂层。优选的，所述粘结相为ni60，所述基体为叶片用材料fv520b。本申请提供了一种al2(wo4)3复合材料的制备方法，其首先将al2(wo4)3颗粒活化，再将al2(wo4)3解胶，最后进行化学镀镍，即得到al2(wo4)3复合材料。本申请制备的al2(wo4)3复合材料具有较好的流动性、润湿性，有利于等离子熔覆时送粉均匀，最终与基体合金形成良好的冶金结合，在提高涂层耐磨性的同时还有效避免了涂层的开裂。附图说明图1为本发明实施例1制备的镀镍al2(wo4)3复合材料的sem照片；图2为本发明实施例1制备的镍基合金涂层形貌的sem照片；图3为本发明实施例1制备的镍基合金涂层磨损形貌的sem照片。具体实施方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。针对现有技术中ni基复合粉末作为熔覆材料在熔覆条件下容易开裂的问题，本申请公开了一种al2(wo4)3复合材料的制备方法，本申请制备的al2(wo4)3复合材料具体为一种镀镍al2(wo4)3，将其应用于等离子熔覆，在提高涂层耐磨性的同时还可有效避免涂层的开裂问题。具体的，本发明al2(wo4)3复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)，将al2(wo4)3颗粒活化；将活化后的al2(wo4)3解胶；b)，将步骤a)得到的al2(wo4)3颗粒在镀镍液中进行化学镀镍，得到al2(wo4)3复合材料。在上述制备al2(wo4)3复合材料的过程中，首先将al2(wo4)3颗粒活化。所述活化的活化液包括活化液a和活化液b，其中，所述活化液a为比例关系为(70～80)g：(180～250)ml：(5～10)g的氯化亚锡、浓盐酸与三水合锡酸钠的混合液，所述活化液b为比例关系为(0.8～1.2)g：(80～120)ml：(180～250)g：(2.0～3.0)g的氯化钯、浓盐酸、去离子水和氯化亚锡的混合液，所述浓盐酸的浓度为37％；在具体实施例中，所述活化液a为比例关系为70g：200ml：7g的氯化亚锡、浓盐酸和三水合锡酸钠的混合液，所述活化液b为比例关系为1g：100ml：200ml：2.6g的氯化钯、浓盐酸、去离子水与氯化亚锡的混合液。所述al2(wo4)3颗粒在所述活化的活化液中的浓度为70～85g/l，在某些具体实施例中，所述al2(wo4)3颗粒在所述活化的活化液中的浓度为75～85g/l。在配制活化液a的过程中，需要使氯化亚锡以及三水合锡酸钠完全溶解，活化液用以提供过量的四价锡，常温配制即可；在配制活化液b的过程中，首先将浓盐酸与去离子水升温至55～65℃，再将氯化钯投入其中，搅拌均匀后降温至室温，再投入氯化亚锡搅拌10min，即得活化液b。在配制活化液a和活化液b时，若不按照上述方法配制，则得到的不是胶体钯，活化效果很差，且一旦发生分解就无法继续使用。在活化的过程中，钯离子会被二价锡还原成以胶态形式存在的钯颗粒；在al2(wo4)3颗粒浸于活化液后，颗粒表面会吸附金属钯颗粒和四价锡，开始形成碱式锡化合物，钯粒子被其包围。本申请然后进行解胶处理，以去除锡保护层，从而使钯裸露出来，最后成为下一步化学镀镍的催化核心。所述解胶处理采用的溶液为浓度为8％～10％的盐酸水溶液，所述解胶的温度为20～30℃，时间为5～10min。所述活化后的al2(wo4)3颗粒在解胶处理的解胶液中的浓度为75～85g/l，在具体实施例中，所述活化后的al2(wo4)3颗粒在解胶处理的解胶液中的浓度为70g/l。在解胶之后，本申请优选将解胶后的al2(wo4)3颗粒进行干燥，所述干燥的具体方式按照本领域技术人员熟知的方式进行，对此本申请没有特别的限制，所述干燥的温度为60～80℃，时间为12～24h。本申请最后进行化学镀镍，所述化学镀镍的镀镍液包括镍源、乙二胺四乙酸、乳酸、水合肼和碱液。在所述镀镍液中，所述镍源、乙二胺四乙酸、乳酸、水合肼和碱液的比例关系为(25～35)g/l：(20～30)g/l：(35～45)ml/l：(75～95)ml/l：(35～45)g/l。在上述镀镍液中水合肼相当于还原剂，其与镍离子反应生成镍镀层，水合肼在酸性条件下，还原性较弱，因而需要在碱性较强的条件下进行，乳酸及氢氧化钠溶液用于提供可供调控的碱性环境，使得水合肼保持一定的还原性，在强碱性条件下，反应一段时间后会得到无色透明液体和黑色沉淀，但ph在11～12之间时，镍粉形貌不规则，ph在14时会发生团聚，在ph＝13时，才可以获得分布均匀形状规则的镍包覆al2(wo4)3，由此，本申请通过限制碱液在镀镍液中与其他组分的比例关系以实现镍包覆al2(wo4)3的成功制备。乙二胺四乙酸(edta)起到镍离子分布均匀的作用。所述镀镍的温度为55～65℃，时间为0.5～1h。按照上述方法制备了al2(wo4)3复合材料，由此本申请还提供了一种al2(wo4)3复合材料，其由al2(wo4)3颗粒与包覆于al2(wo4)3颗粒表面的镀层组成，所述镀层为镍层。在所述复合材料中，al2(wo4)3颗粒为50～75μm，所述镍层的厚度为3～6μm。上述方案制备的al2(wo4)3复合材料或上述方案的al2(wo4)3复合材料可应用于等离子熔覆，由此本申请还提供了一种等离子熔覆的熔覆材料，包括粘结相和上述方案所述的al2(wo4)3复合材料。在熔覆材料中，所述al2(wo4)3复合材料为所述熔覆材料的1～3wt％。所述粘结相为ni60。在等离子熔覆的过程中，所述al2(wo4)3复合材料与所述粘结相共同作为等离子熔覆的熔覆材料，由于al2(wo4)3颗粒自身具有的耐高温耐高压的负热膨胀性以及镀层与基体的良好流动性，可改善涂层的耐磨性并避免涂层的开裂问题。按照al2(wo4)3复合材料在等离子熔覆中的应用，本申请还提供了一种复合涂层的制备方法以实现等离子熔覆复合涂层的制备，具体的：将al2(wo4)3复合材料与粘结相混合，得到合金粉末；所述al2(wo4)3复合材料为上述方案所述的al2(wo4)3复合材料；利用等离子熔覆技术将所述合金粉末涂覆于基体表面，得到复合涂层。在本发明中，利用al2(wo4)3复合材料进行等离子熔覆，所述等离子熔覆为本领域技术人员熟知的方式，对此本申请没有特别的限制。在等离子熔覆的过程中，熔覆材料为al2(wo4)3复合材料与粘结相。所述基体为本领域技术人员熟知的基体，在具体实施例中，所述基体为叶片用材料fv520b。在上述制备方法中，ni60为热膨胀性材料，al2(wo4)3复合材料为负热膨胀性材料，在基体为fv520b时，ni60与al2(wo4)3复合材料均匀混合后，当混合粉末的热膨胀系数接近0的时候，实现最佳配比，即使在等离子热源的条件下的高温及熔覆完成时温度骤降，不会产生热胀冷缩现象，由此避免了涂层的开裂问题。所述复合涂层的厚度为0.1～0.2mm。在基体为fv520b时，fv520b材料具有热膨胀性，由于基体及现有技术中涂层热性能的不匹配，极易导致涂层的开裂及剥落，而al2(wo4)3复合材料是一种负热膨胀材料，将镍基al2(wo4)3复合涂层作为熔覆层可以避免涂层开裂及剥落。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的al2(wo4)3复合材料的制备方法及其应用进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。实施例1用于等离子熔覆的镀镍al2(wo4)3粉末的制备方法，按以下步骤实现：1)颗粒活化液的配制：按照表1与表2中的配方配置好a液与b液，然后将a液倒入b液中稀释至1l，然后在60℃±5℃保温4h～6h；表1活化液a液配方数据表氯化亚锡浓盐酸(37％)三水合锡酸钠70g200ml7g表2活化液b液配方数据表氯化钯浓盐酸(37％)去离子水氯化亚锡1g100ml200ml2.6g2)al2(wo4)3颗粒活化：将粒径50μm～75μm的al2(wo4)3颗粒放入上述活化液中浸泡并搅拌；3)al2(wo4)3颗粒解胶：将活化后的颗粒放入10％盐酸的水溶液制成的解胶液中浸泡并搅拌；4)al2(wo4)3颗粒干燥：将解胶后的颗粒放入干燥箱中；5)al2(wo4)3颗粒化学镀镍：将干燥后的颗粒放入表3所示的化学镀镍的镀液中保温并搅拌；表3化学镀镍液配方数据表醋酸镍edta乳酸水合肼氢氧化钠50g/l25g/l40ml/l80ml/l40g/l6)镀镍al2(wo4)3颗粒水洗：将镀镍后的颗粒在超声波清洗仪中水洗；7)镀镍al2(wo4)3颗粒干燥：将水洗后的颗粒放入干燥箱中，由此得到纯净的镀镍al2(wo4)3颗粒。图1为本实施例制备的镀镍al2(wo4)3颗粒的sem照片，图1a为宏观照片，图1b为微观照片；由图1可知，镀层均匀包覆于al2(wo4)3颗粒表面。以上述制备的镀镍al2(wo4)3颗粒作为第二相，ni60作为粘结相，将两者混合均匀后得到混合粉末，混合粉末中镀镍al2(wo4)3颗粒的含量为1～3wt％；以上述混合粉末作为熔覆材料在fv520b基体上进行等离子熔覆，得到镍基合金涂层；等离子熔覆过程中涉及的技术参数为：使用纯度为99.99％的氩气作为保护气体，采用的电流为100a，电压为50v，送粉量为5～7g/min。对所获镍基合金涂层进行性能测试：依次使用60、320、600、800、1000、1500、2000、2500等目数的水磨砂纸打磨镍基合金涂层，以去氧化皮，去除毛边，使基体表面平整光亮，然后用无水乙醇和丙酮依次清洗，以减少基体表面缺陷对测试的影响；图2为镍基合金涂层形貌的sem照片，图2a为宏观照片，图2b为微观照片；由图2可知，在扫描电镜下，基体和熔覆层的区别很明显；一条亮白色的带位于熔覆层和基体结合部位，离子束使基材熔化并与镍基粉末发生互熔，使得在结合部位的熔点发生变化，导致固液界面的微观尺寸发生变化，形成的熔体处于半熔化状态，该熔体就是不均匀形核的中心，新的晶粒在此堆积，形成了亮白带；从宏观上来看，涂层熔深低、冲淡率低、外表熔渣较少，说明涂层的熔敷效果较好。根据eds成分分析可知，白色粒状物质中主要含w和al，因而判断其为负膨胀材料分解后的产物。磨损实验具体为：温度：500℃，加载载荷：40n，频率：15hz，摩擦时间：20分钟，摩擦形式为环-块接触干模损方式；图3为镍基合金涂层的磨损形貌sem照片，由图3可知，本实施例制备的涂层的摩擦失重较少，具有较好的耐摩擦磨损性复合涂层中al2(wo4)3有高的硬度并且在熔敷层中有较高的含量，使得复合涂层的硬度得到较大的提高，对磨环表面的微凸体不能有效的压入等离子熔敷涂层中产生塑性变形的作用，而只能通过切削或划擦的形式选择性的磨损相对较软的ni60，使得在磨损表面形成深度较小的沟壑；在切削过程中遇到wc的阻碍时，切削过程不能顺利进行，形成al2(wo4)3凸起物，al2(wo4)3阻碍了复合涂层的变形和流失，从而提高了复合涂层的磨损性能。此外，涂层硬度的提高，增加了涂层塑性变形抗力，从而使粘着磨损在很大程度上得到缓解。另外根据实验数据可知，本实施例中添加al2(wo4)3复合材料的涂层的摩擦失重小于未添加的涂层(相同条件下，未添加摩擦失重为19.5g，al2(wo4)3复合材料3％添加量的摩擦失重为13.5g)，说明本申请al2(wo4)3复合材料的添加可提高涂层的耐磨性。经过多次实验结果表明：本申请制备的涂层的表观裂纹不超过2条。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12