[发明专利]一种高性能陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及材料的表面处理技术领域，尤其涉及一种高性能陶瓷涂层及其制备方法。该方法是以微米陶瓷粉末和纳米陶瓷粉末为原料，通过等离子喷涂与火焰喷涂复合的方式，在基体表面形成高性能陶瓷涂层；所述等离子喷涂与火焰喷涂复合的方式为等离子喷涂和火焰喷涂是一次形成的。两种喷涂工艺复合制备出具有微/纳耦合效果的高性能陶瓷涂层。本发明的优点：减少了微米陶瓷粉末涂层中的大量孔隙，纳米陶瓷粉末填充在这些孔隙上提高了涂层的致密性；解决了纳米陶瓷粉末存在的输送困难和易烧蚀等难点问题；微米陶瓷粉末与纳米陶瓷粉末的复合作用，增强了陶瓷涂层的结合力度；提高涂层的强度和韧性，达到提高涂层耐磨损性能的目的。

技术领域

本发明涉及材料的表面处理技术领域，尤其涉及一种高性能陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

热喷涂是一门具有悠久历史的工艺性技术，是表面工程的关键技术之一，是维修与 再制造的重要手段。当前国内绝大多数的零件是采用金属材料做成的，由于长时间的使用，使得零件的磨损非常的明显，因此热喷涂涂层被广泛应用于机械设备关键零部件的 表面强化，尤其是喷涂陶瓷涂层技术的出现，更是被广泛的应用在表面技术工程领域中。

陶瓷涂层主要包括添加或不添加高熔点的玻璃，以氧化物、碳化物、硅化物、硼化物或氮化物为主的的高温陶瓷，金属陶瓷以及其它无机材料。陶瓷涂层由离子键和共价 键的混合键结合，具有高熔点、高硬度、耐磨性、化学稳定性好和热膨胀系数低的特点。

受热喷涂本身工艺特点的影响，所用原料陶瓷粉末粒径一般为10～100μm，所得到的陶瓷涂层为微米结构。同时热喷涂技术是使材料瞬间加热至熔融或半熔融的状态，材 料撞击基体使其扁平化而覆盖在基体上，因此微米级的扁平粒子的结合率和结合强度是 影响热喷涂涂层耐磨性能的最重要指标，对于热喷涂涂层而言，一般扁平粒子的结合率 在30％左右，在磨损工况下，扁平粒子间的弱结合导致了涂层抗磨损能力的显著下降， 扁平粒子界面由于较低的结合率和其它缺陷(如裂纹和微气孔)的存在，在外应力的作 用下，是涂层裂纹产生和扩展的主要部位，而单个扁平粒子的脱落是引起涂层磨损失效 的最直接原因，所以对热喷涂涂层进行强化的一个重要思路是改善微米级的扁平粒子界 面结合状态。

针对上述微米结构涂层的局限性，热喷涂的纳米结构涂层在抗磨损、耐腐蚀以及其 他性能方面表现出一定的优势，所以纳米结构的表面涂层也是热喷涂重点发展的研究方 向之一。现有的技术主要是用纳米粉末为原料制备纳米结构涂层，然而纳米陶瓷粉末在热喷涂过程中存在输送困难和易烧蚀等难点问题，且纳米结构涂层沉积效率不高。而在 微米级的涂层中引入纳米粉末制备出微/纳耦合涂层有望结合纳米和微米两种结构涂层 的优点，弥补传统热喷涂涂层在性能上的不足。已有的研究大部分集中在利用单一热喷 涂方法制备微/纳耦合涂层，但该方法在原料和工艺的控制方面都不十分成熟，难以满足 产业化的需求。本发明提出的通过等离子喷涂与火焰喷涂复合的方式制备微/纳耦合涂 层，在原料处理和工艺控制方面相对简单，具有良好的应用前景，且相关的研究未见报 道。

发明内容

本发明提出一种把纳米尺度的陶瓷粉末添加于微米级陶瓷涂层的构想，利用微米和 纳米陶瓷粉末，通过等离子喷涂与火焰喷涂复合的方式制备出扁平粒子界面处均匀分布 纳米颗粒的微/纳耦合陶瓷涂层。

本发明的技术目的是提供一种基于等离子-火焰复合喷涂制备的高性能陶瓷涂层， 利用该技术制备的陶瓷涂层具有高强度和耐磨损的特点，能有效的增加零件的使用寿命。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：以微米陶瓷粉末和纳米陶瓷粉末为 原料，通过等离子喷涂与火焰喷涂复合的方式，在基体表面形成高性能陶瓷涂层；

所述等离子喷涂与火焰喷涂复合的方式为等离子喷涂和火焰喷涂是一次形成的。

其中，具体包括以下步骤：

(1)将所述纳米陶瓷粉末制备成悬浮液；

(2)对所述基体预处理得到处理过的基体；