[发明专利]一种表面涂覆防护涂层的金属复合材料及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种表面涂覆防护涂层的金属复合材料及其制备工艺，该复合材料包括金属基体、过渡层以及陶瓷层，所述陶瓷层包括厚度为50μm‑100μm的热障层和厚度为100μm‑200μm的耐磨耐蚀层。该复合材料的过渡层与金属基体结合能力强，热障层和耐磨耐蚀层依次与过渡层结合，可综合提高防护涂层的耐热性、耐磨性以及耐蚀性等，从而极大地提高了金属基复合陶瓷涂层在高温磨损腐蚀等恶劣环境下的使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，特别是涉及一种表面涂覆防护涂层的金属复合材料及其制备工艺。

背景技术

随着高新技术的不断发展，对材料性能的要求越来越高，由于工程机械、陶瓷生产辅助设备及构件等工作条件日益苛刻，例如高炉风口和高温烟气管道，要求材料具有耐高温、高温抗氧化、抗疲劳、抗温度急变、耐磨损以及耐侵蚀等性能。其中高炉风口作为高炉冶炼送风的重要部件，承受着高温高速气流的冲击、高速煤粉的腐蚀和炉内液态渣铁的冲刷，这些因素都加剧了风口的失效。风口失效将严重影响高炉的产量、铁水的质量和工人的劳动强度。为解决此问题，涂覆陶瓷涂层技术进入研究视野，该技术通过在金属基体上制备陶瓷涂层，能将金属材料良好的力学性能和陶瓷材料耐高温、耐磨损、耐腐蚀性能相结合。但是传统的陶瓷涂层存在以下弊端：金属基体与陶瓷的热膨胀系数差异较大，在高温环境下，陶瓷涂层易发生脱落，从而降低复合材料的使用寿命，尤其在极端恶劣的作业环境下，其使用寿命更加短暂。

为此，汪义如等人在2017年发表了一篇《过渡层对铜基陶瓷涂层性能的影响》，其中公开了在铜基体表面先通过大气等离子喷涂一层过渡层，然后再采用热化学反应法制备陶瓷层，经热处理后获得一种复合涂层的铜基材料。该铜基复合材料相比金属铜的综合性能得到极大的提升。但是目前的研究存在两个问题，一是在研究中过渡层的厚度为70-150μm，但是较厚的过渡层厚度一方面增加了制备成本，另一方面是限制了陶瓷层的厚度从而降低陶瓷层发挥的作用。二是传统的陶瓷涂层综合性能不高导致复合材料在恶劣环境下的使用寿命不高，从而增加成本并影响正常生产。综上所述，成本低、综合性能高、使用寿命长的金属基防护涂层的复合材料实现在恶劣环境中使用成为本领域亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明为了解决上述技术难题，提供了一种表面涂覆防护涂层的金属复合材料。该复合材料的表面依次涂覆过渡层、热障层和耐磨耐蚀层，通过降低过渡层的厚度，实现提高陶瓷层的作用，降低生产成本，并通过将陶瓷层分层，突出提高陶瓷层的各项性能，大大提高了复合材料耐高温耐磨耐腐蚀等综合性能，同时提高了复合材料各层之间的结合能力，最终提高了金属复合材料的使用寿命。

本发明的另一目的是提供了该金属复合材料的制备工艺。

一种表面涂覆防护涂层的金属复合材料，其包括金属基体、过渡层以及陶瓷层，所述陶瓷层包括厚度为50μm-100μm的热障层和厚度为100μm-200μm的耐磨耐蚀层。

在一些实施例中，优选的所述热障层是陶瓷骨料粒径为0.5-100μm的氧化物，所述氧化物包括以下重量份的组分：ZrO₂ 45-65份、Al₂O₃ 15-30份、MgO 10-20份和Y₂O₃ 1-10份。

在一些实施例中，优选的所述耐磨耐蚀层是陶瓷骨料粒径为0.5-100μm的氧化物，所述氧化物包括以下重量份的组分：SiO₂ 20-50份、Al₂O₃ 10-30份、TiO₂ 5-20份、Cr₂O₃ 5-20份、ZnO 1-15份、SiC 1-10份和CeO₂ 1-10份。

在一些实施例中，优选的所述金属基体为铜、钢、铁、铝、铜合金或铝合金中的一种。