[发明专利]一种氧化铝陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明属于等离子弧喷涂技术领域，具体涉及一种高硬度、高耐磨性、高韧性的氧化铝陶瓷涂层及其制备方法。本发明包括：(1.1)选取基体；(1.2)对基体进行喷砂或磨砂预处理；(1.3)制备氧化铝原料粉末；(1.4)加热氧化铝纳米烧结粉末至熔融状态；(1.5)喷涂氧化铝纳米液体材料。本发明的核心步骤在喷涂氧化铝纳米液体材料前的熔融步骤，传统的氧化铝喷涂技术均是将氧化铝纳米颗粒直接放入喷枪中加热喷涂，结合效果并不能够满足足够的强度需求和粘连度需求。而本发明在喷枪投料前将烧结粉末融化成熔融状态，避免了这种缺陷，使陶瓷涂层的强度、硬度、韧性等综合参数明显好于普通喷涂技术的效果。

技术领域

本发明属于等离子弧喷涂技术领域，具体涉及一种高硬度、高耐磨性、高韧性的氧化铝陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

在工业制造领域及日常生活生产中，绝大多数零部件的表面及接触面是最容易通过摩擦、刮碰破损的部分，从而引起零部件功能失效，最终导致装置整体停工、报废。随着全球制造业二次革命的跨越式发展，各种生产、加工设备、组装式零部件等装置对表面耐磨、耐滑、耐剐蹭的性能要求越来越高。显然，如果一件装置整体若采用的部件整体均使用性能优异的材料，来提高机械的表面性能，不仅会极大提高生产成本，而且也不利于节约能源和原材料等环保性因素，这显然是不科学也不具有现实意义的，因此研究材料的表面性能成为在生产和科研方面均具有重大意义的研究方向。

在种类众多的表面处理加工工程技术中，热喷涂是比较常见并且性价比较高的改变材料本身表面性能的技术手段之一，如今热喷涂镀膜的技术方法在电子器件产品、航空航天工业、能源化工装备、机械工程加工、生活产品改良、交通运输产品制造等几乎所有的国民经济生产产业中都得到了广泛的应用，并且在高新技术领域取得重要地位。热喷涂是指采用不同的加热喷涂方法，对材料表面进行改性镀膜喷涂加工，使得材料的表面具有耐磨、耐腐蚀、耐氧化、或者导电以及绝缘等性能的加工方法。热喷涂技术还可以对表面损坏的材料进行修复以及再制造，从而得到各工业制造部门的重视。

上述热喷涂技术按照技术手段分类主要包括：电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂、爆炸喷涂等方式，以上方式在本领域均具有较广泛的应用。其中，等离子弧喷涂是采用高温等离子弧热源，以粉末为喷涂材料的一种喷涂方法。高温等离子弧主要由直流电弧和高频感应电弧产生，市场上大多是以直流电弧产生的高温等离子弧作为热源，以氩气、氢气等作为喷涂的工作气体，喷涂用的粉末状金属或陶瓷材料则是由气体或液体将其送入高温高速的等离子弧射流中，粉末在等离子弧热源中进行加热和加速。加热使原材料形成熔化或半熔化状态，加速使材料能够极速喷射至工件表面，从而迅速铺展、凝固在基材表面，一片覆盖一片、一层覆盖一层形成层片状堆积结构的涂层，如图1所示。

等离子弧喷涂方法的稳定性很好，而且在喷涂成型过程中可以通过控制喷涂方法的各项参数，从而得到高质量的喷涂涂层。在涂层制备的过程中，在等离子弧射流中的粒子飞行速度高，在与基体发生撞击后，熔化或者半熔化的颗粒会发生严重的变形，与此同时基体也会受到较大的撞击力，撞击后的颗粒则会均匀的铺展在基体上形成涂层。涂层与基体之间的结合强度取决于涂层的致密度，涂层的强度随着涂层与基体中间的结合力的增加而增强。高质量的涂层通常是通过调节工艺参数，降低涂层中的氧化物夹杂含量而获得。另外涂层的厚度可以通过调节喷涂时间从而有效地控制，经磨削后涂层的表面也可平整光滑。相较于其他的喷涂技术，在采用等离子弧对零件进行喷涂时，高温的等离子弧射流对零件表面的影响较小，对基体的二次加热的影响较小，基体组织不会受热产生改变。等离子弧喷涂技术采用的热源为等离子弧射流，比其他喷涂技术采用的热源温度要高，能够使喷涂材料产生熔化、部分熔化的状态，从而制备更多种类的涂层，此外等离子弧喷涂设备轻巧灵活，易于生产作业，且在大量连续生产时，制备涂层的沉积效率高、噪音小。