[发明专利]一种复合材料涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合材料涂层，包括三层涂层的叠加，第二层作为第一层和第三层的夹层，第一层贴靠于机械零部件的外表面，第三层外露，第一层为与金属零部件材料相同的金属材料和陶瓷粉末共同喷涂制备的涂层，第二层为利用陶瓷粉末和合金共同喷涂制备的涂层，第三层为采用2，4‑二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N,N‑双(2‑羟乙基)‑对苯二胺硫酸盐或4,5‑二氨基‑1‑(2‑羟乙基)吡唑硫酸盐中任意一种或两种的组合共同喷涂制备的涂层。本发明还公开了此种复合材料涂层的制备方法。采用本发明的技术方案，能够制备超厚涂层，且耐酸耐碱耐盐，能够制备表面颜色绚丽的涂层。

技术领域

本发明涉及一种涂层，特别是一种复合材料涂层及其制备方法。

背景技术

随着表面改性技术的发展，以及表面喷涂的功能涂层如热障涂层、耐磨涂层、耐腐蚀涂层、绝缘涂层的应用环境越来越恶劣。恶劣环境下复合涂层性能的研究逐渐成为研究重点。传统的单层涂层其各方面的性能都达不到应用于恶劣环境的需求。因此，在基体表面喷涂不同成分的多层涂层来提高在高速、高温、高压、重载、腐蚀条件下工作的可靠性，相对有效的保护工件表面，承受反复载荷能力提高。机械零部件表面增材涂层绿色制造关键技术对工件表面的改性直接提高了恶劣环境下工件的使用寿命。

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，目前国外对上述方面进行了较为全面的研究，知识产权相对完整，特别是在航空航天以及机械重要零部件的相关涂层专利齐全，而国内在这方面的知识产权相对零散，没有正对一个具体行业形成具有竞争力的专利。2011-ITSC会议上日本专家Namba调查了全球热喷涂应用在钢铁行业相关的专利，调查结果表明1990--2009年日本专利占39％，美国专利占22％，欧洲专利占17％，中国专利占9％，韩国专利占6％，俄罗斯专利占3％，巴西专利占3％，印度专利占1％。相对于日本、欧美等发达国家，中国热喷涂在钢铁行业的应用较少，发展空间巨大。从行业角度看，目前的发展趋势是普通机械制备行业正在代替航空及军工工业，成为热喷涂的第一大行业。

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。这将是本项目中机械零部件表面增材涂层绿色制造关键技术的突破点之一。