一种喷涂粉体、热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涂层技术领域，尤其涉及一种喷涂粉体、热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]硼化物、碳化物及其复合陶瓷材料具有熔点高、硬度高、稳定性好等优点，可用于制备陶瓷涂层，其在耐高温、耐磨损、抗烧蚀领域具有广阔的应用前景，其中硼化物-碳化物复合陶瓷显示出更好的优越性。目前硼化物-碳化物复合陶瓷及其涂层制备技术成为该领域的研究热点。
[0003]现有技术通常采用包埋法、气相沉积法和反应热压法制备成分为碳化物或硼化物的陶瓷基涂层，其中包埋法制备涂层的效率较低；气相沉积法制备涂层的厚度受到限制，难以满足实际应用；反应热压法的核心为自蔓延合成技术，这种方法虽然具有设备简单、能耗低、效率高的优点，但是在制备过程中必须借助压力装置极压成型，形状受限。
[0004]热喷涂技术具有喷涂材料广泛、工艺灵活简单、不受零件外形约束、可大面积成型的优点，在涂层制备方面具有广泛的应用。由于碳化物、硼化物的熔点较高，现有技术中采用热喷涂的方法制备碳化物、硼化物陶瓷基涂层只能制备单一成分的涂层，如硼化锆涂层或碳化锆涂层，而且制备得到的陶瓷基涂层的致密性较差，孔隙较多。
[0005]目前，有关热喷涂制备同时含有硼化锆和碳化锆两种组分的陶瓷基涂层还未见报道。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种喷涂粉体、热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层及其制备方法，采用本发明提供的喷涂粉体热喷涂后得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层主要含有硼化锆和碳化锆两种组分，而且这种热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层组织致密，孔隙较少。
[0007]本发明提供了一种喷涂粉体，包括铝粉、氢化锆粉和碳化硼粉。
[0008]优选的，所述铝粉在所述喷涂粉体中的质量分数为10%?30% ;
[0009]所述氢化锆粉和碳化硼粉的总质量在所述喷涂粉体中的质量分数为70%?90% ；
[0010]所述氢化锆粉和碳化硼粉的摩尔比为(2.5?3.0): (1.0?1.1)。
[0011]优选的，所述喷涂粉体的粒度为-140目?+325目。
[0012]与现有技术相比，本发明提供的喷涂粉体中含有氢化锆，氢化锆能够代替金属锆降低制粉自燃风险，且能够在喷涂的过程中分解产生氢气，产生的氢气电离和燃烧能够进一步提高热源温度和改善还原性气氛，这种喷涂粉体具有较好的流动性和自蔓延反应特性，能够使制备得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层组织致密、孔隙较少；而且本发明通过对喷涂粉体的成分进行合理设计，能够原位合成主要包括硼化锆和碳化锆成分的陶瓷基涂层，无需单独喷涂硼化锆和碳化锆粉体即可制得含有两种成分的陶瓷基涂层。
[0013]本发明提供了一种热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层的制备方法，包括:
[0014]将喷涂粉体进行等离子喷涂，得到热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层；
[0015]所述喷涂粉体为上述技术方案所述的喷涂粉体。
[0016]优选的，所述等离子喷涂过程中的电流为550A?650A，电压为60V?70V。
[0017]优选的，所述等离子喷涂过程中的主气为氩气，所述主气压力为0.6MPa?0.8MPa，所述主气流量为351pm?451pm。
[0018]优选的，所述等离子喷涂过程中的辅气为氢气，所述辅气压力为0.5MPa?0.7MPa，所述辅气流量为51pm?101pm。
[0019]优选的，所述等离子喷涂过程中的送粉气体为氮气，所述送粉气体压力为0.6MPa?0.8MPa，所述送粉气体流量为4scfh?8scfh，所述送粉气体的送粉速率为35g/min ?45g/min。
[0020]优选的，所述等离子喷涂过程中的喷涂线速度为400mm/s?600mm/s，喷涂距离为140mm ?160mmo
[0021]本发明提供的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层由上述技术方案所述的喷涂粉体通过等离子喷涂制备得到，这种喷涂粉体成分设计合理，具有较好的流动性，采用这种喷涂粉体进行等离子喷涂，能够原位制备得到同时含有硼化锆和碳化锆两种成分的陶瓷基涂层，而且制备得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层具有较好的致密性、孔隙较少。
[0022]本发明提供了一种由上述技术方案所述的方法制备得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层，主要包括硼化锆和碳化锆。
[0023]本发明提供的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层是由上述技术方案所述的方法制备得到的，这种陶瓷涂层中同时含有硼化锆和碳化锆两种成分，而且这种热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层的组织致密，孔隙较少。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1为本发明实施例1制备得到的喷涂粉体的XRD图谱；
[0026]图2为本发明实施例1制备得到的喷涂粉体的SEM图；
[0027]图3为本发明实施例4制备得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层的XRD图谱；
[0028]图4为本发明实施例4制备得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层的SEM 图。
【具体实施方式】
[0029]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]本发明提供了一种喷涂粉体，包括铝粉、氢化锆粉和碳化硼粉。
[0031]本发明提供的喷涂粉体包括铝粉。在本发明的实施例中，所述铝粉的尺寸在亚微米尺度。在本发明的实施例中，所述铝粉的粒度为1微米?6微米；在其他的实施例中，所述铝粉的粒度为2微米?5微米；在另外的实施例中，所述铝粉的粒度为3微米?4微米。在本发明的实施例中，所述铝粉的纯度> 98%。
[0032]在本发明的实施例中，所述铝粉在喷涂粉体中的质量分数为10%?30% ;在其他的实施例中，所述铝粉在喷涂粉体中的质量分数为15%?25% ;在另外的实施例中，所述铝粉在喷涂粉体中的质量分数为30%。
[0033]本发明提供的喷涂粉体包括氢化锆粉。本发明提供的喷涂粉体采用氢化锆粉为原料一方面能够降低制粉风险，另一方面氢化锆粉在喷涂的过程中分解产生的氢气电离或燃烧后能够提高热源温度，改善还原性气氛，使制备得到的热喷涂原位合成硼化锆-碳化锆基陶瓷涂层组织致密、孔隙较少。在本发明的实施例中，所述氢化锆粉的粒度为3微米?18微米；在其他的实施例中，所述氢化锆粉的粒度为5微米?15微米；在另外的实施例中，所述氢化锆粉的粒度为8微米?12微米。
[0034]在本发明的实施例中，所述氢化锆粉体在喷涂粉体中的质量分数为58%?75% ；在其他的实施例中，所述氢化锆粉在喷涂粉体中的质量分数为58%?66% ;在其他的实施例中，所述氢化锆粉在喷涂粉体中的质量分数为62%?70% ;在另外的实施例中，所述氢化锆粉在喷涂粉体中的质量分数为58%。
[0035]本发明提供的喷涂粉体包括碳化硼粉。在本发明的实施例中，所述碳化硼粉的粒度为3微米?24微米；在其他的实施例中，所述碳化硼粉的粒度为5微米?20微米；在另外的实施例中，所述碳化硼粉的粒度为10微米?15微米。
[0036]在本发明的实施例中，所述碳化硼粉在喷涂粉体中的质量分数为12%?15% ;在其他的实施例中，所述碳化硼粉在喷涂粉体中的质量分数为12%?14% ;在其他的实施例中，所述碳化硼粉在喷涂粉体中的质量分数为13%?15%;在另外的实施例中，所述碳化硼粉在喷涂粉体中的质量分数为12%。
[0037]在本发明的实施例中，所述氢化锆粉和碳化硼粉的总质量在喷涂粉体中的质量分数为70%?90% ;在其他的实施例中，所述氢化锆粉和碳化硼粉的总