一种稀土氧化物改性纳米铁-铝/碳化铬复合热喷涂材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及涂层材料，尤其涉及一种稀土氧化物改性纳米铁-铝/碳化铬复合热喷涂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、fe-al系列为基体的热喷涂材料中，含有fe-al为有序金属间化合物，这类合金具有优良的抗氧化和抗硫化性能、多种介质中的抗腐蚀性和较高的高温强度、密度低、不含贵重合金元素、成本较低，是一种潜在的理想高温结构材料。该热喷涂材料的成功研制，使fe-al这种不含贵重金属元素的金属间化合物的应用成为可能。非晶态fe-al金属间化合物成为新世纪热喷涂涂层重要的发展方向，为国家节约稀缺战略资源ni做出很大贡献。然而，fe-al系列为基体的热喷涂材料的性能潜力却未被充分发掘，这是由于非晶态fe-al金属间化合物自身的脆性造成的，举例而言，一个金属部件如果由单一的非晶态fe-al金属间化合物构成，其脆性可以通过热处理的方式进行解决；如果由表面喷涂fe-al系列涂层来复合构成，热处理将影响到基体材料的组织结构，因而不能大规模采用。

2、目前，fe-al系列为基体的热喷涂材料中，以fe-al作为基质相、cr3c2作为增强相的fe-al/cr3c2复合涂层热喷涂材料，具有较高的热震结合强度、显微硬度以及抗腐蚀性能、抗高温冲蚀性能和抗高温摩擦磨损性能，且fe-al/cr3c2复合涂层喷涂材料的性能潜力可以通过纳米化来进一步得到发挥。然而，纳米fe-al/cr3c2复合涂层喷涂材料的制备存在技术难题，体现在：纳米粉体材料因为飞扬和烧损问题不能直接用于喷涂，解决该问题最有效的方法之一是将纳米粉体通过团聚造粒制成微米级或更大颗粒，然后进行喷涂，如cn105642904b一种纳米金属复合涂层材料的制备方法及装置中采用的方法。但实践中发现，fe-al/cr3c2复合涂层喷涂材料纳米化后，防腐蚀、抗磨损性能得到显著提升，可涂层整体脆性依然存在，这限制纳米fe-al/cr3c2复合涂层的大规模生产应用。

3、鉴于此，提出本发明。

技术实现思路

1、根据对纳米化的铁-铝/碳化铬(fe-al/cr3c2)复合涂层喷涂材料进行深入研究发现，纳米粉体在热喷涂过程中的烧结长大问题突出，这是导致涂层整体脆性的关键原因，而采用快速的加热和短时间的停留可以有效抑制颗粒的长大、元素扩散、第二相的形成和长大，即高速喷涂方法，也可以加入改性剂进行改善，如专利申请cn101412618a中所采用的在热喷涂的超细组合物中加入晶粒生长抑制剂，但如该技术中所记载，晶粒生长抑制剂包括金属、金属合金、碳化物、氮化物、金属间化合物和陶瓷等，本发明沿该技术思路对纳米化的fe-al/cr3c2复合涂层喷涂材料进行改性的过程中发现，以稀土氧化物作为改性剂时，因稀土氧化物的尺寸在500nm以内，这对于制备过程要求较高，且成本高，本发明首次采用平均粒径在10μm以上的稀土氧化物对纳米fe-al/cr3c2复合涂层喷涂材料进行改性，且改性方法中，首次发现，将该稀土氧化物进行特定的研磨后在团聚造粒阶段加入能有效改善纳米fe-al/cr3c2复合涂层的显微硬度并改善涂层的抗腐蚀性能，而且在提高涂层与基体的结合强度上效果更为显著，相较于不加稀土氧化物的纳米fe-al/cr3c2复合涂层而言，结合强度提升在50％以上，相较于直接加微米级稀土氧化物的纳米fe-al/cr3c2复合涂层而言，结合强度提升在30％以上。

2、具体地，本发明提供一种稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，包括：先将平均粒径为10μm以上的稀土氧化物i和氧化铬磨球混合研磨得平均粒径为900nm以下的稀土氧化物ii；再将稀土氧化物ii与主要由纳米碳化铬、纳米铁粉和纳米铝粉构成的纳米水基浆料混合，并造粒得到微米级的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料。

3、研磨时，物料在磨球的作用力下发生剪切、挤压和摩擦，物料细化；研磨中通常采用的磨球包括碳钢磨球、铸铁磨球、陶瓷磨球、玻璃磨球等，本发明发现，氧化铬磨球相对于其他常用的磨球，在稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料时，能够达到更好的效果，特别是稀土氧化铈。

4、根据本发明提供的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，稀土氧化物ii的平均粒径为500～600nm；

5、优选地，所述稀土氧化物ii为稀土氧化铈和/或稀土氧化镧；

6、更优选地，所述稀土氧化物ii为稀土氧化铈。

7、根据本发明提供的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，所述稀土氧化物ii与所述纳米水基浆料混合是将稀土氧化物ii和平均粒径为8～10mm的普通碳钢磨球加入纳米水基浆料混合中，匀速研磨4～5h；

8、优选地，所述稀土氧化物ii与所述纳米水基浆料中纳米碳化铬的质量比为1～3:40～50；

9、更优选地，所述稀土氧化物ii与所述普通碳钢磨球的质量比为1:4～5。

10、根据本发明提供的述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，包括：采用纳米粉末团聚造粒系统造粒得到平均粒径为50～350μm的稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料。

11、根据本发明提供的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，所述纳米水基浆料中，纳米碳化铬、纳米铁粉和纳米铝粉的质量比为(40～50):(25～50):(10～15)；

12、优选地，纳米水基浆料由纳米碳化铬、纳米铁粉和纳米铝粉加入水中制成。

13、根据本发明提供的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，纳米碳化铬的平均粒径为40～50nm；纳米铁粉的平均粒径为40～50nm；纳米铝粉的平均粒径为40～50nm。

14、根据本发明提供的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，所述稀土氧化物i的水分为1％以下；

15、优选地，采用加热干燥的方式使所述稀土氧化物i的水分为1％以下。

16、根据本发明提供的所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法，包括：

17、将平均粒径为10～40μm的稀土氧化物iii在100℃以内干燥3h以上得稀土氧化物i；

18、将质量比为(40～50):(25～50):(10～15)的纳米碳化铬、纳米铁粉和纳米铝粉放入水中，得纳米水基浆料；其中，纳米碳化铬在纳米水基浆料中的浓度为0.3～0.5g/ml；

19、将所述稀土氧化物i和平均粒径为8～10mm的氧化铬磨球混合，匀速研磨4～5h得平均粒径为900nm以下的稀土氧化物ii；

20、按照所述稀土氧化物ii与所述纳米碳化铬的质量比为1～3:40～50，将所述稀土氧化物ii放入所述纳米水基浆料中，再放入平均粒径为8～10mm的普通碳钢磨球，匀速研磨4～5h后利用纳米粉末团聚造粒系统造粒得到平均粒径为50～350μm所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料。

21、本发明还提供如上所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料的制备方法制得的稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料。

22、本发明还提供如上所述稀土氧化物改性纳米fe-al/cr3c2复合热喷涂材料在复合功能涂层材料或者复合功能涂层的应用。

23、本发明提供的一种稀土氧化物改性纳米铁-铝/碳化铬复合热喷涂材料及其制备方法和应用，通过将该稀土氧化物进行特定的研磨后在团聚造粒阶段加入能有效改善纳米fe-al/cr3c2复合涂层材料的显微硬度并改善涂层的抗腐蚀性能，而且在提高涂层与基体的结合强度上效果更为显著。