一种Al-Ti-C体系反应粉芯丝材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及陶瓷基复合材料制备技术领域，具体设及一种用于反应热喷涂陶瓷涂 层的粉巧丝材的制备方法。
【背景技术】
[0002] 陶瓷材料由于高烙点、高强度、高硬度、高模量、高化学稳定等特性，使得热喷涂陶 瓷涂层具有耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等优良特性。陶瓷涂层通常W陶瓷粉末或椿材 为原材料，利用等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂技术制备。但利用该方法 制备陶瓷涂层，一方面由于需要价格昂贵的陶瓷粉末或椿材作为喷涂原材料，W及可提供 大功率热源的热喷涂技术设备，使陶瓷涂层制备成本较高；另一方面，由于陶瓷烙点很高， 喷涂过程中常常存在陶瓷材料难W完全烙化、陶瓷相分布不均匀、涂层层间结合弱等突出 问题，使涂层性能受到重要的不利影响。为降低陶瓷涂层制备成本，提高陶瓷涂层性能，研 究者开发了反应热喷涂技术，即W价格相对低廉的反应原料为喷涂材料，利用喷涂热源引 燃喷涂体系的高放热甜S反应，在热喷涂过程中通过喷涂体系的甜S反应原位合成目标陶 瓷成分，获得高性能的陶瓷涂层。
[0003] 反应喷涂材料是利用反应热喷涂技术制备陶瓷涂层的关键环节。目前，研究者对 反应热喷涂材料的研究开发主要集中在喷涂粉末方面。但由于利用粉末进行反应热喷涂 时，为确保喷涂粒子的反应一致性好、制备的陶瓷涂层综合性能高，要求喷涂粉末的粒径范 围很窄，该使得反应喷涂粉末的制备效率较低，从而间接推高了陶瓷涂层制备成本。另一方 面，粉末材料无法利用热喷涂技术中成本最低、最适宜大面积推广的电弧喷涂技术制备涂 层，也限制了反应热喷涂陶瓷涂层的工程实际应用。
[0004] 粉巧丝材是热喷涂技术中常用的喷涂材料，尤其是在电弧喷涂难烙融、导电性差 的金属、合金或陶瓷材料方面具有重要的意义。但目前的粉巧丝材一般是通过金属带材包 裹不同类型的填充粉末（如；金属、合金、陶瓷等），来扩展丝材的成分，改善涂层的质量，审U 备的涂层多为W金属为基体、硬质合金或陶瓷成分为增强相的金属基复合涂层。或者在金 属、合金中添加少量反应组元，喷涂过程中通过反应合成陶瓷相来获得硬质颗粒增强金属 基复合涂层，W提高涂层的耐磨、耐高温等性能。由于陶瓷相含量较少，涂层的综合性能，尤 其是耐高温磨损性能仍无法与W陶瓷为主体的陶瓷基复合涂层相媳美。
[0005]自蔓延高温合成（S服）技术是利用反应原料自身燃烧反应放出的热量，使化学反 应过程自发持续进行，W获得具有指定成分与结构产物的一种新型材料合成技术。它具有 工艺、设备简单，成本低；能耗和原材料消耗少；反应温度高，产物纯度高；能够充分利用原 位复合等优点，特别适于制备陶瓷、金属陶瓷及陶瓷基复合材料等具有高烙点、高硬度、高 强度特征的材料。
[0006]MwAX。系列层状陶瓷（简称MAX层状陶瓷）是近年来广受研究者关注的一类新型 陶瓷材料，它们在具备传统陶瓷材料强度高、硬度高、热稳定性好、抗氧化能力强等优点的 同时，也具备金属材料导电导热性能好、弹性模量高的优点。尤其是在较高温度下具有塑 性，可像金属材料一样进行机械加工的特性，使其成为高温、磨损、腐蚀等恶劣工况条件下 服役的理想材料，在航空、航天、军工等高技术领域具有广阔的应用前景。但该类陶瓷材料 制备条件苛刻，工艺、设备复杂，成本较高，制约了其实际应用。
[0007] 在已知的MAXS元层状陶瓷中，TisAlC是重量最轻（密度4.Ig/cm3)、抗氧化性能 最好的一种。在Ti-Al-CS元层状陶瓷中，Ti-C键主要是强共价键和离子键结合，赋予材 料高烙点、高强度、高模量等性能；而Ti-Al键具有非常明显的金属键特征，赋予材料良好 的导电、导热性能；尤为重要的是，Ti原子和A1原子平面层之间W类似于石墨层间的范德 华力弱键结合，使得Ti,AlC材料具有层状结构和自润滑性能。Ti,AlC层状陶瓷的该些特性 使其成为一类潜力巨大的高性能陶瓷涂层材料。
【发明内容】
[000引本发明提供一种可用于反应热喷涂TisAlC基复合陶瓷涂层的M-Ti-C粉巧丝材 的制备方法，为反应电弧喷涂、线材火焰喷涂高性能陶瓷涂层提供材料基础。为了保证制 备的粉巧丝材能够通过反应热喷涂制备Ti,AlC基复合陶瓷涂层，所制备的粉巧需要易于引 燃、反应快速、且能够反应合成目标陶瓷相。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案；选择合适的材料体系，对粉巧体系进 行复合化处理，制订适宜的丝材制备工艺，制备一种M-Ti-C体系反应粉巧丝材，其特点是 包括下述步骤：
[0010] 步骤一；W铁粉为反应原材料，用砂磨机在有机溶剂介质中湿磨；称庶糖，溶于蒸 馈水形成庶糖溶液，加入上述物料中继续湿磨、揽拌1小时，形成混合浆料；
[0011] 步骤二；将混合浆料倒入容器，置于105~110°C的烘箱中烘干，去除混合物料 中的有机溶剂与水（烘干过程中注意通风）；将烘干后的固体物料斑成块状，置于220~ 225°C的真空热处理炉中，使固体物料内的庶糖碳化化化2〇11一 12C+11H2〇1)，形成Ti-C混 合体系；
[0012] 步骤S;利用粉碎机将碳化后的块状Ti-C混合物料破碎，筛分出+400~-150目 范围内的Ti-C复合粉作为粉巧材料；
[0013] 步骤四侣带为外皮材料、上述Ti-C复合粉为粉巧材料，采用多道连续拔丝减 径方法制造Al-Ti-C粉巧丝材。
[0014] 进一步，选取的铁粉为粒径小于250目的细粉，湿磨时间为1~2化。其中，湿磨时 间与选取的铁粉粒径相关，如；粒径-250目的铁粉研磨20~24h;粒径-400目的铁粉研磨 8~12h;粒径-600目的铁粉研磨1~化。
[0015] 进一步，有机溶剂介质为无水己醇或丙酬。
[0016] 进一步，选取的侣带宽度10~14mm、厚度0. 2~0. 3mm，制备的丝材直径。2. 0~ 3 OrniTi〇
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 1)采用该反应粉巧丝材可制备TisAlC层状陶瓷为基体，11(：。.2\8、412〇3等为第二 相的复合陶瓷涂层，由于借助了喷涂材料的自蔓延高温合成特性，可W利用低成本的原材 料A1带、Ti粉与庶糖制备高性能的Ti,AlC基复合陶瓷涂层；
[0019] 2)本发明的鲜明特征是，作为外皮材料的A1为反应的组元之一，喷涂过程中参与 体系的s服反应，反应喷涂完成时，喷涂原材料全部反应消耗，获得的涂层均为喷涂过程中 原位反应合成的陶瓷相，根据此特征，W该粉巧丝材为喷涂材料，可利用电弧喷涂设备、线 材火焰喷涂设备制备复合陶瓷涂层；
[0020] 3)反应喷涂过程中，低烙点的金属组元A1(烙点660°C)能很快烙化，为喷涂体系 提供液相传质条件，促进喷涂体系的SHS反应，同时由于喷涂过程中金属A1优先与氧气反 应，可保护其它喷涂组分Ti、C不受氧化，避免复相涂层中出现影响涂层质量的疏松相Ti化， 而生成与TisAlC相容性良好的有益陶瓷相Al2〇3,保证了涂层的综合性能；
[0021] 4)本发明一方面通过采用粒径小于300目的超细铁粉，并经过湿磨减径，使铁粉 表面活化，另一方面，通过形成高活性无定型碳（庶糖碳化生成）包覆Ti粉的紧密结构，可 有效促进喷涂过程中反应组元间的传质过程，保证喷涂体系快速发生甜S反应；
[0022] 5)本发明选择庶糖作为反应组元C的前驱体，利用庶糖碳化方法制备Ti-C复合 粉，而不是直接将Ti粉、C粉机械混合后作为粉巧，可防止喷涂过程中喷涂材料在高压气流 作用下分离，保证喷涂体系的甜S反应能够顺利完成，获得目标产物相；
[0