[发明专利]一种金属材料表面的陶瓷涂层及其制备方法有效
申请号: | 201410614791.7 | 申请日: | 2014-11-05 |
公开(公告)号: | CN104404434A | 公开(公告)日: | 2015-03-11 |
发明(设计)人: | 宋鹏;刘光亮;蒋业华;陆建生;黄太红;周会会 | 申请(专利权)人: | 昆明理工大学 |
主分类号: | C23C4/12 | 分类号: | C23C4/12;C23C4/10 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 金属材料 表面 陶瓷 涂层 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种金属材料表面的陶瓷涂层及其制备方法,属于陶瓷涂层制备技术领域。
背景技术
陶瓷涂层可以满足不同硬度、隔热、防腐和抗氧化、导电和绝缘、抗高温等不同部件的功能,广泛用于如航空航天(如航空发动机高温叶片)、工程机械(各种耐磨部件)、建材机械(如成型部件的绞龙)、水电设备(如水轮机叶片)和管道运输系统(如面临磨料磨损的管道阀门)、发电燃气涡轮机(如高温叶片表面)等领域。在特殊环境中,陶瓷涂层厚度是决定性能的重要指标,比如陶瓷层具有良好的绝缘性能,陶瓷涂层的厚度可以显著提高击穿电压;超厚耐磨陶瓷涂层的利用可以进一步提高部件寿命;导电陶瓷涂层具有良好的导电性能,较厚的涂层可以极大的提高高温腐蚀环境中的应用寿命;热障涂层系统在提高基体抗氧化性能的基础上,较厚的陶瓷涂层可以进一步降低部件温度等。但是金属与陶瓷材料的物理化学特性完全不同,特别是由于晶体结构、原子键构、热膨胀系数以及硬度等,导致在金属合金表面难以制备较厚(≥2mm)和高致密(≥96%)的陶瓷涂层;随着等离子热喷涂制备技术的发展,利用热喷涂等方法形成的传统陶瓷涂层厚度基本为1mm以下,即使利用粘结层提高涂层的结合强度,但喷涂过程中陶瓷与合金等基体具有较大的热膨胀系数差异,多次喷涂后容易导致陶瓷涂层具有较大的内应力,产生裂纹和脱落失效;所以,利用传统的热喷涂技术工艺和常规材料仍然不能大面积制备超厚(≥2mm)高致密(≥96%)陶瓷涂层。
中国专利 201010274694.X“钻头锥柄的修复方法”在合金表面用等离子喷涂NiAl结合层,然后利用火焰喷涂CrNi-Cr3C2涂层,涂层厚度仅为0.3-0.5mm。中国专利 201210533098.8“一种铝合金耐磨涂层的制备方法”在铝合金表面利用等离子喷涂NiAl结合层和氧化物陶瓷粉末。中国专利201310477478.9“轴类零件氧化铝粉等离子喷涂修复方法”通过利用等离子或电弧喷涂制备氧化铝涂层,厚度约为20-30μm。然后上述这些陶瓷涂层,都不能达到1mm-5mm的厚度,要么在较厚时由于内应力较大而自然脱落,要么由于粘结强度低而不能正常磨损环境使用。而中国专利200910242442.6“一种制备大面积陶瓷板的方法”中,虽然可以制备出6mm的陶瓷板,但是由于将陶瓷板与石墨或石膏基体分离,严重限制了在机械等部件的应用,只能单一陶瓷板使用。中国专利201310272861.0“一种靶材及其制造方法”中,利用的是等离子转移弧喷涂,而且仅能在特定基体上制备1-3mm的合金涂层。
因此针对金属合金基体的使用工况,需要一种快速简单制备超厚(≥2mm)高致密(≥96%)陶瓷涂层的热喷涂方法。
发明内容
本发明目的是提供一种金属材料表面的陶瓷涂层及其制备方法,所述方法采用热喷涂技术制备表面厚度≥2mm,致密度≥96%的耐磨陶瓷涂层,克服传统热喷涂技术中不能在结构部件等材料表面制备厚度≥2mm的致密陶瓷涂层的缺点,扩大热喷涂制备涂层的应用领域和范围。
所述添加剂包括陶瓷增韧剂、致密化剂、细化剂、增粘剂,,在添加剂中陶瓷增韧剂的质量百分比为0.3~40%,致密化剂的质量百分比为0.5~35%,细化剂的质量百分比为0.8~35%,增粘剂的质量百分比为0.5~30%;
所述陶瓷材料为氧化物陶瓷材料、非氧化物陶瓷材料或者金属陶瓷材料;
所述陶瓷增韧剂为硼化钛、碳化钛、氧化铝、稀土氧化物、氧化钛中的一种和铁、钼、铜、镍及铝中的一种比例(9:1或8:2)混合得到,在陶瓷晶体间产生韧性层和韧性基体;
所述致密剂为高岭石、蒙脱石、地开石中的一种或多种按任意比例混合得到,在高温下颗粒表面产生一定粘度的液体,提高陶瓷体致密度,同时在喷涂非氧化物 陶瓷时还起防氧化剂的作用。
所述晶粒细化剂为氧化镁、氧化钙、氧化钡中的一种或多种按任意比例混合得到,增加陶瓷表面液体高温粘度,防止陶瓷晶体过度长大,分层分析;
所述增粘剂粉末为氧化亚铜粉末、氧化亚铁、硅化铁、锰铁粉、钼铁粉、黄铜粉中的一种或多种按任意比例混合得到,提高陶瓷涂层与金属基体的粘结强度;
本发明所述陶瓷粉末的粒度为0.05-60μm;陶瓷增韧剂、致密化剂、细化剂、增粘剂的粒度为0.1-1μm。
本发明的另一目的在于提供所述金属材料表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
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