[发明专利]一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是微晶玻璃领域，具体为一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法。

背景技术

普通碳素结构钢具有焊接性能好、价格低廉的特点，因而在国民经济各行业内中，得到了广泛的应用。然而，这类钢材中由于含碳量低，因而其主要用于制造承受静载荷的各种金属构件及不需要热处理的机械零件和一般焊接件。

在煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等场合，对于材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高，普通碳素结构钢无法满足这些场合的使用要求。微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化行为，而获得的一类微晶体和玻璃相均匀分布的材料。微晶玻璃的显著特征之一是其具有的极细的晶粒尺寸，这一特征在很大程度上决定了其有利于用于涂层的特殊性质：通过改变微晶玻璃的成分和热处理制度，可调整其热膨胀系数和软化温度，从而使微晶玻璃达到较高的强度和硬度。但微晶玻璃属于脆性材料，其韧性较低，尤其是在冲蚀条件下，其磨损比较严重。

中国专利CN02290361.5公开了一种微晶玻璃涂层金属板材，该专利申请中，以0.05-12.0mm厚的金属板作为基板，该技术金属板可以是钢板、铸铁板、铝合金板，在金属基板的表面，涂覆一层无色透明的或彩色的微晶玻璃保护层，其厚度为100-500μm。然而，其采用的微晶玻璃涂层为单层，同时微晶玻璃涂层未作增韧处理，该涂层主要以满足耐蚀和装饰为目的，强度和韧性较弱，不适于冲蚀磨损条件或工况，难以满足煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等对于材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高的场合。

申请人为北京盛康宁科技开发有限公司，申请号为CN00109603.6的中国专利公开了陶瓷－微晶玻璃梯度复合板材及生产工艺方法。该专利申请中，利用普通陶瓷原料制成陶瓷坯体，将可结晶玻璃碎渣、陶瓷粉末分级分步布料，均匀覆盖于陶瓷坯体上，经过一次加热烧结，得到陶瓷－微晶玻璃梯度复合材料。这种材料的特征在于其是一种梯度复合材料，即由从下至上结合为一体的陶瓷粉制成的底层，陶瓷粉和微晶玻璃渣料混合制成的中间过渡层和微晶玻璃渣料制成的表层。该材料的基体为陶瓷坯体，强度较低，同时不具有韧性，该材料属于建筑材料，不适于冲蚀磨损条件或工况。同时，该材料也为对涂层进行增韧处理，难以满足对材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高的场合。

中国专利CN201020044827.X公开了一种微晶玻璃梯度复合涂层金属板材，该板材以金属板作为基板，在基板表面涂覆一层具有较强结合强度的彩色保护层。该保护层包含底层、过渡层及工作层，底层采用金属层，过渡层采用金属与微晶玻璃混合的复合层，工作层采用微晶玻璃层，该保护层的厚度为150～300μm。该涂层采用热喷涂方法，先在金属基板表面喷涂一层金属层作为底层，再在底层上喷涂一层金属与微晶玻璃的复合层作为过渡层，最后喷涂一层微晶玻璃层作为工作层。涂层制备后再经过热处理，即可整合涂层。该涂层的制备工艺复杂，生产成本较高，主要用于建筑装饰材料领域，强度较低。同时，该涂层也未经表层增韧，也主要起装饰作用，也不能用于煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等耐腐蚀、强度和韧性要求较高的领域。

文献《Preparation of Glass-Ceramics of Li₂O-Al₂O₃-ZnO-SiO₂ System Coating Toughed by ZrO₂ Basic on Metal Substrate》曾提出了一种金属基微晶玻璃涂层复合板材。该复合板材以Q235作为基体，在基体表面涂覆一层LZAS系微晶玻璃，且在微晶玻璃涂层中，添加有适量的ZrO₂以达到涂层增韧的目的。该涂层的烧结温度为810℃。

该微晶玻璃涂层的组分（摩尔百分比）如下：18.7% Li₂O、39% SiO₂、11.7% ZnO、10.6% Al₂O₃、1.5% P₂O₅、18.5%其他组分。

发明内容