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1、 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘 要 超音速火焰喷涂作为一种制作高质量涂层的表面强化技术，越来越受到国内外各界的重视。而喷涂材料是整个喷涂技术的核心。其中，机械球磨、喷雾干燥、烧结热处理制备喷涂粉末是近年来迅速发展的喷涂材料制备工艺，能够较好的满足超音速火焰喷涂对于喷涂粉末性能的要求。 本文采用理论分析与实验相结合的方法，使用铁粉作为原材料，深入研究了喷雾干燥法制备超音速火焰喷涂粉末的工艺。首先研究球磨工艺对球磨后粉末粒度的影响。通过研究得出：磨球配比从 1：2 增加到 1：4，球磨 8h后粉末粒度从 20.01 m减小到 14.71 m；同时，随着球磨时间的延长，球磨后
2、颗粒粒度呈抛物线下降；当球料比从 10：1 增加到 20：1，球磨 16h后粉末粒度从 4.85 m降低到 1.69 m。 球磨后进行离心喷雾干燥造粒，得到流动性好，松装密度高的球形粉末颗粒。喷雾干燥过程中通过调节喷雾造粒工艺参数，分析雾化盘转速、固含量、喷雾干燥温度等对造粒产品的影响。实验结果表明：随着雾化盘转速从 11000r/min 提高到14000r/min，造粒后粉末粒度更小；固含量从 40%提高 50%以及 60%，得到松装密度高、流动性较好、颗粒粒度较大的粉末；送料速度越慢，干燥温度越高，造粒后粉末越细。综合可以得出，当固含量在 50%，雾化盘转速在 14000r/min，喷雾干
3、燥温度为 270时造粒工艺最佳。 造粒后的球形粉末颗粒在 900保温 2 小时进行烧结热处理， 使得球形粉末更加致密化，强度更高。造粒后粉末流动性降低，球形颗粒略有缩小，松装密度提高。 最后通过对超音速火焰喷涂后涂层性能的测试，研究超音速火焰喷涂粉末的可喷涂性，同时反映出粉末制备中存在的问题，为继续研究提出改进措施。 关键词：球磨; 喷雾造粒; 烧结; 粉末制备; 超音速火焰喷涂 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract As a new technology of producing high quality coating, HVOF spray is putt
4、ed in an important position all over the world, and the spraying powder is a key of the thermal spraying technology. The technique for the preparation of thermal spraying powder consisting of ball milling, spray- drying granulation and sintering treatment which have improved rapidly in these years i
5、s an ideal process to meet the quality needed in HVOF spray powder. Spray- drying granulation process is researched deeply in this paper by means of theoretical analysis and laboratory experiments with iron powder as the raw material. Firstly, the influence of the ball milling process was studied, a
6、nd the optimized parameters were chosen to prepare the right sized and homogeneous particles by ball milling the original iron powder. The research results indicated that ball milling 8 hours, the particle size decreased from 20.01m to 14.71m as the ball number ratio raised from 1:2 to 1:4, and exte
7、nd the ball milling time, the powder size decrease by a parabola curve, when the ratio of ball to powder increased from 10:1 to 20:1, the powder size decrease from 4.85m to 1.69 m in 16 hours. Secondly, spherical particles for HVOF which have good flowing quality and high loose density were getting
8、by the technique of centrifugal spray- drying. During the process of spray- drying, through changing the related parameters such as the rotate speed of atomizing disk, solid content and drying temperature, we can get optimal feed powder for HVOF. The experiments show that as the speed of atomizing d
9、isk faster, feed speed slower, drying temperature higher, the granulation particle will be finer. Flowing quality and loose density of the powder are better with the solid content increasing from 40 wt% to 60wt%. To sum up, when the solid content is 50wt%, the rotate speed of atomizing disk is 14000
10、r/min and drying temperature is 270, we can get ideal granulation particle. With the purpose of densification and higher intensity of the powder. The spherical particle was sintering 2 hours at 900 after spray granulation. Through analyzing the test data, we find that the spherical particle s flowin
11、g quality and dimension decreased while the loose density higher. 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIIFinally, by means of the testing of spray coating, we can study the sprayability of spray powder, find existing problem of precursor preparation and subsequent research plans were put forward in the end. Key
12、words: Ball milling; Spray- drying granulation; Sintering; Powder preparation; High Velocity Oxygen Fuel spray 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学
13、位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_ _ _ _ _ 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪论 1.1 课题来源，研究目的和意义 本课题来源于国家自然科学基金的资助项
14、目“铝合金板料成形中的模具表面纳米固体润滑技术”( 编号 5 0 5 7 5 0 8 1 ） 。利用超音速火焰喷涂技术在铝合金板温成形的模具表面上建立减摩耐磨的纳米固体自润滑涂层，对于那些无油或给油不方便的场合，固体自润滑剂的存在给出了极好的解决办法，特别适合铝合金板温成形特点和要求，并且还可能为其它类高温成形（如挤压、锻造）的润滑问题提供一种新的思路。 热喷涂材料是全部热喷涂技术的核心。热喷涂技术的发展大体依仗喷涂方法与喷涂材料的发展而被推动的。热喷涂涂层功能的多样性，是由性能不同的多类材料所决定的。因此，喷涂粉末的制备在整个热喷涂材料中占据十分重要的地位。 原始粉末按照颗粒尺寸可分为纳米级
15、（1nm- 100nm） ，亚微米级（100nm- 1m） ，和微米级（1 m 以上） ，其中用于火焰喷涂的金属粉末一般小于 1 0 0 m ，常用的是5 0 - 7 5 m ， 等离子喷涂的陶瓷粉末粒度一般是 50- 100 m， 或 30- 50 m； 适用于 HVOF的粉末粒度一般在 30- 50 m，较细的粉末粒度可以达到 20m，有些 HVOF 设备可实现 10 m以下超细粉体的喷涂。 由于热喷涂对于粉末物性的要求，纳米级和亚微米级粉末不能直接用于喷涂，需要进行粉末颗粒的尺寸增大处理。这是因为纳米粉末颗粒尺寸较小，喷涂过程中一方面难以连续的送到热喷涂高温束流中，另一方面热喷涂束流温度
16、较高，在喷涂过程中粉末性能发生变化。此外，粉末颗粒难以形成集中的束流，影响涂层的致密度和化学成分，甚至根本得不到涂层。因而纳米粉末不能直接用于热喷涂。二次造粒可以改善纳米粉末的物性，喷雾造粒是较好的一种造粒方式1。本课题拟将颗粒尺寸较小的粉末通过喷雾造粒，对粉末进行增大处理，同时改善粉末的流动性，松装密度，使之满足超音速火焰喷涂对粉末物性的要求。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2通过球磨，离心喷雾造粒后，粉末大多数为球形，粒度大小合适可调，分布均匀，流动性大为提高。再对粉末施以适当的热处理，球形粉末具有一定的强度，团聚体中的纳米粉末之间的结合不会因为热喷涂工艺过程中送粉以及温度的变化而散开，导致热喷涂工艺的不稳定2。 目前，超音速火焰喷涂是一种应用非常广泛的热喷涂方法。喷涂涂层性能的好坏和喷涂材料的性能密切相关。但是有关 HVOF 喷涂前驱体制备的研究较少，特别是用喷雾造粒法制取适合于热喷涂的
