[发明专利]一种用于制备金属基隔热涂层的复合材料

说明书

一种用于制备金属基隔热涂层的复合材料，属于表面涂层技术领域。至少包括两种粉末；主体为Fe‑Cr‑Nb‑B‑Si系合金粉末，添加的第二种粉末成分为铁基非晶合金粉末，铁基非晶合金粉末包括铁元素之外的至少一种金属元素和摩尔百分含量为5～25％的至少一种非金属元素；铁基非晶合金粉末中铁元素之外的金属元素选自过渡族或/和稀土。本发明提供的金属基复合材料可采用传统大气等离子喷涂方法制备得到。本发明所制备的金属基涂层具有极低的热导率(1.6W/mK)接近氧化锆固体材料，且热膨胀系数高于传统氧化锆热障涂层，可以用于中低温的阻热或隔热防护领域。

技术领域

本发明属于热防护涂层领域，具体涉及一种可应用于制备金属基隔热防护涂层的复合材料。

背景技术

目前，表面隔热涂层的研究主要集中在陶瓷基热障涂层(thermal barriercoatings,TBCs)，并在航空发动机上得到了广泛的应用。较为典型的如采用等离子喷涂或物理气相沉积技术制备的氧化钇稳定氧化锆(YSZ,ZrO₂/6-8Y₂O₃)涂层，其热导率可以达到1W/mK以下，有效保护了发动机叶片使其在高温下能够稳定运行。相比于航空发动机的高温工作环境，汽车发动机缸体内的工作温度较低，典型汽油机热端材料的服役温度通常不超过500℃，这使得采用金属基材料制备隔热防护涂层具有较好的可行性。同时金属基材料具有较好的韧性且与基体材料的热匹配性较好，能够有效弥补陶瓷涂层的缺陷。

另外，近年来废热回收再利用也越来越受重视，热电技术得到积极大量的开发，根据美国能源局统计，每年有近6成能源以废热形式逸散，其中汽车引擎产生的废热占了很大比例，因此一些汽车厂商在着手研发热电模组系统置于汽车排气管内，作废热发电的应用。但热电模组多采用扩散结合来连接热电材料与金属层，因此容易产生彼此间原子扩散现象，热作用下生成介金属相，进而破坏热电模组的可靠性，所以在热电模组与热电材料中间加入扩散阻障层被认为是一种有效的解决办法。

基于上述应用需求，本申请提供了一种制备金属基隔热防护涂层的复合材料。目前涂层的制备方法有很多，其中，大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying，APS)具有其鲜明的工艺特点，包括喷涂材料范围广，从低熔点到高熔点的材料都可以喷涂，对喷涂粉末的粒度要求不高，涂层孔隙率较低，氧化物夹杂少等，是制备金属基隔热涂层的有效方法之一。

经检索，目前并没有本发明涉及的金属基复合材料并采用大气等离子喷涂(APS)方法制备铁基非晶/非晶复合隔热涂层的相关技术专利报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备低热导率的金属基隔热涂层用的复合材料。

一种用于制备金属基隔热涂层用的复合粉末材料，其特征在于：至少包括两种粉末；主体为Fe-Cr-Nb-B-Si系合金粉末，Fe-Cr-Nb-B-Si系合金粉末中元素成分的摩尔百分含量(或at.％)范围如下：Cr:6～8％；Nb:4～5％；Si:5～7％；B:18～22％；Fe及不可避免的杂质：余量；添加的第二种粉末成分为铁基非晶合金粉末，铁基非晶合金粉末包括铁元素之外的至少一种金属元素(过渡族和稀土)和摩尔百分含量为5～25％的至少一种非金属元素。

铁基非晶合金粉末中铁元素之外的金属元素选自过渡族或/和稀土，金属元素选自：铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钴(Co)、钨(W)、铌(Nb)、锰(Mn)、钇(Y)中的一种或几种。

非金属元素选自硼(B)、碳(C)、硅(Si)、磷(P)中的一种或几种。

Fe-Cr-Nb-B-Si系合金粉末和铁基非晶合金粉末的粒径范围均为：25～70μm；两种粉末都可以采用氮气雾化方法制备得到。

Fe-Cr-Nb-B-Si系合金粉末和铁基非晶合金粉末的质量比为1～1.5。

采用本发明的复合粉末材料可以制备非晶/非晶复合金属基隔热涂层。