一種導電涂層用鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱噴涂粉體技術(shù)領域，具體涉及一種導電涂層用鋰鐵氧體熱噴涂粉體 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有反尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧體材料有優(yōu)良的耐腐蝕性能，其主要成分是Fe203，在使 用過程中不會產(chǎn)生二次污染，可作為新一代的環(huán)?？垢g電極材料。在電力行業(yè)中，交流接 地材料的防護涂層材料除要求具有良好的耐腐蝕性能外，還要求具有良好的導電性能以保 證泄流效果。鋰鐵氧體（Li。.5Fe2.504x)材料具有較低的電阻率，近年來深受輸變電工程接地 材料腐蝕防護研究者的關注。
[0003] 熱噴涂技術(shù)的快速發(fā)展為高性能鐵氧體涂層的制備及應用提供了良好基礎。采用 熱噴涂的方法將鐵氧體涂覆到基體表面形成防護涂層，對實現(xiàn)輸變電工程接地裝置的綠色 高效防腐，維護電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。良好質(zhì)量的熱噴涂粉體的合成是高性 能鋰鐵氧體涂層制備的重要前提。
[0004] 近年來制備鐵氧體粉體的方法有：化學共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法和自蔓延 法等，上述方法制得的鐵氧體粉體，經(jīng)熱噴涂制備的鋰鐵氧體涂層的導電性能難以滿足接 地材料電氣性能要求，所以需要提供一種改進的鋰鐵氧體導電涂層用熱噴涂粉體的制備方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種電力行業(yè)輸變電工程接地裝置導電防腐涂層用鋰鐵 氧體熱噴涂粉體的制備方法。該制備方法簡單可控，對設備要求低，操作方便，粉體產(chǎn)出率 高，適于大批量生產(chǎn)高純度、高結(jié)晶度、適用于等離子噴涂的鋰鐵氧體熱噴涂粉體。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種導電涂層用鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0008] 1)混料與震實：將Li2C0,Fe203粉體于150°C干燥3~4h，以1:5的摩爾比混合， 攬摔1~3h，于40~80Hz頻率、8~15_振幅下振蕩2~5min;
[0009] 2)造球與烘干：用去離子水將步驟1)所得原料粉末潤濕，制成直徑為5~10mm的 小球，再于150~160°C下干燥6~8h;
[0010] 3)煅燒與破碎：將步驟2)得到的小球于隊氣氛中和1100~1200°C下保溫2~ 3h，快速冷卻，再振蕩2~5min破碎成微米級顆粒；
[0011] 4)團聚：將38~52%的質(zhì)量百分計的步驟3)得到的微粒與0. 001~3%的粘結(jié) 劑和46~60 %的分散劑混合和攪拌，球磨6~8h;
[0012] 5)噴霧造粒：于噴霧造粒塔中將步驟4)得到的料漿造粒；
[0013] 6)熱處理：將步驟5)的產(chǎn)物于隊氣氛中，500~550°C下保溫2~3h，再于1100~ 1200°C下保溫2~3h，快速冷卻，過190~700目篩，得到Lia5Fe2.504x粉體。
[0014] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1)所述所述 振蕩條件為50Hz頻率、8~15mm振幅下振蕩2~3min。
[0015] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)所述煅燒 及熱處理過程中的升溫速率為5~6°C/min。
[0016] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)所述快速 冷卻是將粉體平鋪在銅板夾層中冷卻。
[0017] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)所述微粒 質(zhì)量百分比45 %，粘結(jié)劑0. 225%，分散劑54. 775%。
[0018] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)所述粘結(jié) 劑為聚乙烯醇。
[0019] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第六優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)所述分散 劑為去離子水。
[0020] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第七優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)所述球磨 采用行星球磨機。
[0021] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第八優(yōu)選技術(shù)方案，步驟5)所述造粒 的工藝參數(shù)為進風口溫度250~260°C，出風口溫度85~95°C，蠕動栗頻率40~50Hz，霧 化盤頻率35~45Hz。
[0022] 所述的鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法的第九優(yōu)選技術(shù)方案，所述Li。.5Fe2.504x 粉體為反尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)，粒徑為30~80ym。
[0023] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明方法具有如下有益效果：
[0024] 1)本發(fā)明方法中的震實步驟減小了原料之間的空隙，提高了造球效率，便于煅燒 時原子迀移，造球工藝減少了高溫煅燒時原料粉內(nèi)外溫度差，確保所有粉體受熱均勻，達到 設定溫度，形成需要的相結(jié)構(gòu)；
[0025] 2)本發(fā)明方法的工藝流程及設備簡單可控、操作方便、成本低、生產(chǎn)周期短、重復 性好、粉體產(chǎn)出率高達到75%以上，適合大批量Li。.5Fe2.504，導電涂層用熱噴涂粉體規(guī)模化 生產(chǎn)的需求；
[0026] 3)本發(fā)明方法制備出的鋰鐵氧體熱噴涂粉體具有良好的反尖晶石結(jié)構(gòu)，其純度 高、結(jié)晶度高、適用于等離子噴涂，用所述熱噴涂粉體制備的鋰鐵氧體涂層具有良好的導電 性能、結(jié)合強度及耐蝕性能，為輸變電工程接地裝置用高性能鋰鐵氧體涂層的制備及應用 提供良好的原料基礎。
[0027] 本發(fā)明制備出高純度且適合熱噴涂使用的Li。.5Fe2.504x粉體結(jié)晶度高、球形度保 持好、流動性好，粒徑分布在30~80ym范圍內(nèi)（見表1)，適合用于等離子噴涂制備輸變電 工程接地裝置用導電Lia5Fe2.504x防護涂層。
[0028] 采用熱噴涂技術(shù)將本發(fā)明制得的Li。. 5Fe2.504，粉體在常規(guī)鋼接地極表面涂覆 Lia5Fe2.504x涂層。涂層噴涂方法參照中國表面工程2012第25卷第3期《等離子噴涂制 備直流接地極鋼基體NiFe204防腐涂層》；涂層制備采用Praxair公司生產(chǎn)的5500-2000型 (噴槍型號SG100)空氣等離子噴涂系統(tǒng)，噴槍移動由ABB公司生產(chǎn)的機械手控制，涂層制 備關鍵工藝參數(shù)包括噴涂電流：800-900A;主氣（Ar)流量：80-100SCFH;輔氣（He)流量： 30-45SCFH;送粉率：10-15g/min;噴涂距離：75-100mm;噴涂次數(shù)：5次。
[0029] 采用德國ZahnerM6型電化學工作站對LiQ.5Fe2.504 x涂層進行室溫電化學腐蝕試 驗，腐蝕介質(zhì)為3% (wt. % )NaCl溶液，NaCl采用分析純（含量彡99. 5%，wt. % )，溶劑采 用去離子水。試樣用環(huán)氧樹脂進行冷鑲，試樣表面只露出l〇_X10_的面積作為測試部 分，其余表面用環(huán)氧樹脂密封絕緣。制備的Li。.5Fe2.504 x導電耐蝕涂層使碳鋼耐腐蝕性能大 大提升（見表2)。
[0030] 采用黏結(jié)拉伸法在萬能試驗機上測試涂層與基體的結(jié)合強度；KEITHLEY高精度 電阻測試儀用兩端法測試涂層的電阻并計算電阻率（試驗方法參照核科學與工程，2008， 28 (4) :295-299,CLAM鋼基體上大氣等離子噴涂制備氧化鋁涂層工藝研究）。
[0031] 表1本發(fā)明制得的LiQ.5Fe2.504為噴涂粉體的粒徑分布
[0032]

【具體實施方式】
[0035] 所有實施方式都是采用現(xiàn)有常規(guī)的設備和儀器。
[0036] 實施例1
[0037] -種導電涂層用鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0038] 1)混料與震實：將Li2C03(純度為99. 9% )和Fe203 (純度為99. 9% )粉體于150°C 干燥3h除水分，以1:5的摩爾比置于雙攪拌混料機中混合，攪拌lh;將混合后的粉末裝入 振蕩破碎機中，在50Hz頻率、15mm振幅的振蕩條件下振動2min將粉末壓實；
[0039] 2)造球與烘干：以去離子水為介質(zhì)將步驟1)所得原料粉末潤濕后，手工制成直徑 為5~10_的小球；再將得到的小球狀原料粉置于電熱鼓風干燥箱中，于150°C下干燥6h， 充分去除成球過程中帶入的水分；
[0040] 3)煅燒與破碎：將步驟2)得到的小球狀粉體放入保護氣氛電阻爐中，預先通入充 足N2進行洗爐，粉體于N2氣氛中、1100°C下保溫2h，升溫速率為5°C/min，將粉體平鋪在銅 板夾層中快速冷卻；利用破碎機將原料振蕩2min破碎成微米級的顆粒；
[0041] 4)團聚：將步驟3)得到的微粒以45 %的質(zhì)量百分比與0.225 %聚乙烯醇和 54. 775 %去離子水混合，攪拌，加入到不銹鋼球磨罐中，采用行星球磨機球磨6h;
[0042] 5)噴霧造粒：將步驟4)得到的料漿于噴霧造粒塔中造粒，噴霧造粒的工藝參數(shù)為 進風口溫度250 °C，出風口溫度85 °C，蠕動栗頻率50Hz，霧化盤頻率45Hz。
[0043] 6)熱處理：采用保護氣氛電阻爐對步驟5)的產(chǎn)物進行熱處理，預先通入充足隊進 行洗爐，粉體于隊氣氛中，500°C下保溫3h，再于1100°C下保溫2h，快速冷卻，最后將熱處理 后的粉體過190~700目篩，得到粒徑為30~80ym的LiQ.5Fe2.504x粉體。
[0044] 將上述粉體原料采用等離子噴涂制備的Lia5Fe2.504x涂層與碳鋼基體的平均結(jié)合 強度為25.IMPa，涂層電阻率平均值為1. 28X10 2Q?cm，涂層平均腐蝕率為〇. 〇〇65mm/a。
[0045] 實施例2
[0046] -種導電涂層用鋰鐵氧體熱噴涂粉體的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0047] 1)混料與震實：將Li2C03(純度為99. 9% )和Fe203 (純度為99. 9% )粉體于150°C 干燥3h除水分，以1:5的摩爾比置于雙攪拌混料機中混合，攪拌1. 5h;將混合后的粉末裝 入振蕩破碎機中，在50Hz頻率、12mm振幅的振蕩條件下振動3min將粉末壓實；
[0048] 2)造球與烘干：以去離子水為介質(zhì)將步驟1)所得原料粉末潤濕后，手工制成直徑 為5~10_的小球；再將得到的小球狀原料粉置于電熱鼓風干燥箱中，于150°C下干燥7h， 充分去除成球過程中帶入的水分；
[0049] 3)煅燒與破碎：將步驟2)得到的小球狀粉體放入保護氣氛電阻爐中，預先通入充 足N2進行洗爐，粉體于N2氣氛中、1100°C下保溫2. 5h，升溫速率為6°C/min，將粉體平鋪在 銅板夾層中快速冷卻；利用破碎機將原料振蕩3min破碎成微米級的顆粒；
[0050] 4)團聚：將步驟3)得到的微粒以45%的質(zhì)量百分比與0.225 %聚乙烯醇和 54. 775 %去離子水混合，攪拌，加入到不銹鋼球磨罐中，采用行星球磨機球磨6h;
[0051] 5)噴霧造粒：將步驟4)得到的料漿于噴霧造粒塔中造粒，噴霧造粒的工藝參數(shù)為 進風口溫度255 °C，出風口溫度90 °