專利名稱：合金包覆型TiB的制作方法
技術領域：
一種合金包覆型TiB2粉末的制備方法，屬于粉體表面改性領域，可應用于制備適合熱噴涂用的合金包覆型二硼化鈦粉。
背景技術：
TiB2具有極高的熔點，極高的硬度，僅次于金剛石與立方氮化硼，密度僅為4.51g·cm-3，具有良好的自潤滑特性，是導電最好的工程陶瓷材料；有著極佳的化學穩(wěn)定性，高溫抗氧化溫度達1100℃，在HCl、HF中穩(wěn)定，抗熔融金屬的侵蝕，與很多金屬的潤濕性較好；能在很高的溫度下保持良好的機械性能，如硬度、力學強度、耐高溫腐蝕、耐熱沖擊等。目前TiB2已成為熱噴涂領域的熱點材料。
熱噴涂作為材料表面改性的方法之一，在很多方面優(yōu)于膜(鍍)層的制備工藝，近期得到快速發(fā)展。熱噴涂TiB2陶瓷涂層用作航母艦艇和殲擊機裝備的防護涂層，可承受大威力多方位反裝甲武器的攻擊以及核輻射的威脅，提高武器的生存能力和作戰(zhàn)能力；用于火箭導彈的噴嘴及發(fā)動機葉片，可提高其抗熱沖蝕能力；用于核聚變裝置的第一層壁可抗熱沖擊和核輻射。熱噴涂TiB2涂層在鋁工業(yè)生產方面應用前景極佳。作為鋁電解槽的陰極，有利于提高電流效率，降低電解鋁的生產成本；作為壓鑄模具和切削刀具用于加工鋁及其鋁合金，有利于鋁制品的成型和改善切削加工性；用于其它材料的切削，可提高刀具耐用度，延長使用壽命。熱噴涂TiB2陶瓷涂層也可用于鍋爐“四管”的耐腐蝕防護，大大延長其使用壽命，降低維修成本。
目前國內外高純度TiB2粉體工業(yè)制備方法是自蔓延高溫合成(SHS)法。這種方法制備的TiB2粉體粒度細小，平均粒度為＜5μm，流動性差，熱噴涂工藝中送粉困難。粉末的流動性能是衡量粉末可熱噴涂加工的一個重要指標。另一方面，熱噴涂制備TiB2涂層工藝中，TiB2易被氧化成B2O3和TiO2，降低涂層的性能。因而市場上現(xiàn)有的TiB2粉體在熱噴涂方面的應用就受到限制，有必要對TiB2粉末進行有效的表面處理，提高其熱噴涂物理性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是制備金屬包覆型(核-殼結構)TiB2粉，提高熱噴涂用TiB2粉末的流動性，以解決目前熱噴涂用TiB2粉末的流動性差問題，獲得適于熱噴涂用的TiB2粉。同時希望這種金屬包覆型的核-殼結構能抑制TiB2粉末在氧化氣氛條件下的熱噴涂過程中的氧化分解，提高涂層的結合強度和致密性。
為了獲得Ni-B合金包覆型TiB2粉末，本發(fā)明采用的合金包覆型TiB2粉末的制備方法包括以下步驟1)粗化和去雜處理將粒徑小于75μm的TiB2粉體加入濃度為0.3～0.5mol/L稀鹽酸溶液中，30～40℃溫度下不停地攪拌，處理時間2～5min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到經過粗化和去雜處理的粉體；2)敏化處理將經過步驟1)粗化和去雜處理的粉體加入濃度為0.1～0.2mol/L氯化亞錫溶液中，25～40℃溫度下不停地攪拌，處理時間3～5min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到經過敏化處理的粉體；3)活化處理將經過步驟2)敏化處理的粉體加入濃度為0.01～0.03g/L氯化鈀溶液中，不停地攪拌，25～40℃，處理時間3～5min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到經過活化處理的粉體；4)化學鍍包覆處理將經過步驟3)活化處理的TiB2粉體加入化學鍍鎳硼溶液中，化學鍍鎳硼溶液組成及含量如下主鹽 氯化鎳30～42克/升還原劑硼氫化鈉 1～1.2克/升復合絡合劑四水合酒石酸鉀鈉 40～42克/升乙二胺15～20克/升緩沖劑氫氧化鈉 38～40克/升復合穩(wěn)定劑硝酸鉛、偏重亞硫酸鉀 2.3～2.5克/升PH值調節(jié)劑氫氧化鈉 0～3克/升溶劑 去離子水 余量將上述各試劑用分別用去離子水充分溶解后，將復合絡合劑與主鹽溶液混合攪拌10～15min后加入緩沖劑溶液，攪拌均勻，再加入還原劑溶液，攪拌均勻后，加入穩(wěn)定劑溶液，攪拌均勻后測試鍍液PH值，根據(jù)所測PH值，采用已配制好的濃度為0～3克/升的PH值調節(jié)劑氫氧化鈉控制鍍液PH值≥13，恒溫水浴箱中控制施鍍溫度為50～65℃，不停地攪拌，處理時間15～20min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到鎳硼合金包覆型TiB2粉末。
經施鍍處理的TiB2粉末表面均勻地被包覆一層Ni-B合金。經采用霍爾流動性測定儀檢測，包覆后的TiB2粉末的流動性好。


圖1為包覆前TiB2粉在掃描電子顯微鏡下的表面形貌分析圖；圖2為實施例1包覆后TiB2粉在掃描電子顯微鏡下的表面形貌分析圖；圖3為實施例2包覆后TiB2粉在掃描電子顯微鏡下的表面形貌分析圖。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明根據(jù)前述的步驟，取D50＝5μm、純度≥98％自蔓延高溫合成的TiB2粉10g，置于濃度0.3mol/L的100mlHCl溶液中，置于30℃的恒溫水浴箱中玻璃棒攪拌2min，真空抽濾，水洗致中性，恒溫箱中80℃烘干后，置于濃度為0.1mol/L的100ml SnCl2溶液中，25℃下玻璃棒攪拌3min，真空抽濾，水洗致中性，恒溫箱中80℃烘干后，又置于濃度0.01g/L的100mlPdCl2溶液中，25℃下玻璃棒攪拌3min，真空抽濾，水洗致中性，恒溫箱中80℃烘干后，再置于配制好的500毫升化學鍍液中。其化學鍍液組成為氯化鎳15g，硼氫化鈉0.5g，四水合酒石酸鉀鈉20g，乙二胺7.5g，氫氧化鈉19g，硝酸鉛0.40g、偏重亞硫酸鉀0.75g.施鍍過程在在恒溫水浴箱中進行，溫度保持50℃，施鍍過程中玻璃棒攪拌，15min后完成施鍍，將鍍液真空抽濾后得到的粉末，多次用去離子水清洗，150℃下恒溫烘干得到Ni-B合金包覆的TiB2粉。
經施鍍處理的TiB2粉末在掃描電子顯微鏡下觀察，表面均勻地被包覆一層Ni-B合金。從附圖2中可以看出包覆后的TiB2粉末表面有一層白色粒狀的Ni-B合金小顆粒。采用霍爾流動性測定儀檢測，50g包覆粉的流動時間為113～114s。
實施例2本發(fā)明根據(jù)前述的步驟，取粒徑范圍在-200～+400目、純度≥92％碳熱還原法生產的TiB2粉18g，置于濃度0.5mol/L的200mlHCl溶液中，在40℃的恒溫水浴箱中玻璃棒攪拌5min，真空抽濾，水洗致中性，恒溫箱中80℃烘干后，置于濃度為0.2mol/L的200ml SnCl2溶液中，40℃下玻璃棒攪拌5min，真空抽濾，水洗致中性，恒溫箱中80℃烘干后，又置于濃度0.03g/L的200mlPdCl2溶液中，40℃下玻璃棒攪拌5min，真空抽濾，水洗致中性，恒溫箱中80℃烘干后，再置于配制好的1000毫升化學鍍液中。其化學鍍液組成為氯化鎳42g，硼氫化鈉1.2g，四水合酒石酸鉀鈉42g，乙二胺20g，氫氧化鈉40g，硝酸鉛0.65g、偏重亞硫酸鉀1.85g.施鍍過程在在恒溫水浴箱中進行，溫度保持65℃，施鍍過程中玻璃棒攪拌，20min后完成施鍍，將鍍液真空抽濾后得到的粉末，多次用去離子水清洗，120℃下恒溫烘干得到Ni-B合金包覆的TiB2粉。
附圖3顯示在掃描電子顯微鏡下觀察到的包覆效果。采用霍爾流動性測定儀檢測，50g包覆粉的流動時間為86～87s。
在熱噴涂領域，Co包WC、NiCr包Cr3C2、Ni包金剛石等金屬包覆型(核-殼結構)粉末已取得了良好的應用效果。通過金屬的包覆處理，成功解決了WC、Cr3C2、金剛石在氧化氣氛條件下的熱噴涂工藝中的氧化分解問題。本方法制備的鎳硼包覆型TiB2粉，其表面的金屬包覆層熔點低(純Ni的熔點是1453℃，TiB2的熔點是2990℃)，在大氣等離子噴涂的高溫焰流中受熱熔化，在TiB2表面形成一層致密的液態(tài)保護膜，保護TiB2晶格結構類型不變，從而可以避免和減少TiB2的氧化。
權利要求
1.一種合金包覆型TiB2粉末的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟1)粗化和去雜處理將粒徑小于75μm的TiB2粉體加入濃度為0.3～0.5mol/L稀鹽酸溶液中，30～40℃溫度下不停地攪拌，處理時間2～5min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到經過粗化和去雜處理的粉體；2)敏化處理將經過步驟1)粗化和去雜處理的粉體加入濃度為0.1～0.2mol/L氯化亞錫溶液中，25～40℃溫度下不停地攪拌，處理時間3～5min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到經過敏化處理的粉體；3)活化處理將經過步驟2)敏化處理的粉體加入濃度為0.01～0.03g/L氯化鈀溶液中，不停地攪拌，25～40℃，處理時間3～5min，真空抽濾，水洗至中性，干燥，得到經過活化處理的粉體；4)化學鍍包覆處理將經過步驟3)活化處理的TiB2粉體加入化學鍍鎳硼溶液中，化學鍍鎳硼溶液組成及含量如下主鹽氯化鎳 30～42克/升還原劑 硼氫化鈉1～1.2克/升復合絡合劑 四水合酒石酸鉀鈉40～42克/升乙二胺 15～20克/升緩沖劑 氫氧化鈉38～40克/升復合穩(wěn)定劑 硝酸鉛、偏重亞硫酸鉀2.3～2.5克/升PH值調節(jié)劑 氫氧化鈉0～3克/升溶劑去離子水余量用PH值調節(jié)劑氫氧化鈉控制鍍液PH值≥13，恒溫水浴箱中控制施鍍溫度為50～65℃，不停地攪拌，處理時間15～20min，真空抽濾，水洗至中性，干燥后得到鎳硼合金包覆型TiB2粉末。
全文摘要
一種合金包覆型TiB
文檔編號C04B35/58GK1923755SQ20061011329
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權日2006年9月22日
發(fā)明者栗卓新, 程漢池, 李國棟, 李紅, 史耀武 申請人:北京工業(yè)大學