[发明专利]一种新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料及其制备方法，属于高温涂层表面防护领域。本发明选择在高温环境下化学稳定的SiO₂作为涂层的主体材料，隔绝渗透元素或氧化气氛与金属基体材料的接触，从而达到阻渗和防氧化的目的。涂层材料中添加一定量的H₃BO₃、BaO作为助溶剂，调节涂层的熔融温度；添加MgO、CaO作为辅助剂，调节涂层的物理、化学性能，使其能与金属基体紧密结合而不脱落，通过涂覆和烧结，从而得到具有与金属基体冶金结合的高温梯度阻渗防护涂层。本发明涉及的涂层和制备方法可用于高温环境工作的金属构件的高温阻渗和高温氧化防护，延长构件的运行周期和使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料及其制备方法，属于高温涂层表面防护领域。

背景技术

随着服役环境日益苛刻，大部分高温结构材料除了需要面对常见的含氧环境的高温外，还需面对含硫、碳、卤素及氮等气体介质的腐蚀，对其抗高温氧化和高温腐蚀性能提出了更高的要求，材料本体已无法满足抗腐蚀性能的要求。通常需要在材料表面施加高温防护涂层的方法来提高高温结构材料的耐高温氧化和腐蚀性能。

目前，制备高温防护涂层的主要方法是通过热喷涂、热溅射、化学热处理、化学气相沉积等手段，在金属基体内表面形成Cr₂O₃、TiO₂、SiO₂和Al₂O₃等金属或非金属氧化物保护层。这类方法制备出的防护涂层，由于存在孔隙或晶界的存在，仍然存在氧、碳、卤族等腐蚀元素的渗透通道，使其防护能力减弱。搪瓷涂层为玻璃网状结构涂层，在高温烧结时能与基体反应形成冶金结合界面，且涂层为非晶体，无孔隙和晶界等渗透通道，抗界面剥落能力和抗高温氧化能力优于传统的金属和氧化物涂层，非常适合在高温、复杂气氛等苛刻环境下应用的高温防护涂层。

但是真正把搪瓷涂层应用于高温防护领域，还存在以下问题需要解决：1)如何调节涂料与金属基体的润湿性，在基体表面形成均匀致密的涂层；2)如何调节涂层的熔融温度和烧结温度以适应不同构件服役温度的需求；3)如何调节涂层的热膨胀系数以提高涂层的抗剥落性能；4)如何提高涂层的阻渗和抗氧化能力。

综上所述，搪瓷涂层展现出良好的高温、复杂气氛等苛刻环境下高温防护的潜力，但也需要解决浸润性、抗剥落与阻渗和抗氧化性能的匹配。

发明内容

为了解决金属高温构件的高温氧化和高温腐蚀等问题，本发明的目的是提供一种新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料及其制备方法，采用选择在高温含氧气氛以及硫、碳、卤素及氮等气氛中化学稳定的SiO₂作为涂层的主体材料，隔绝腐蚀气氛与金属基体材料的接触，从而达到阻渗和抗氧化的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料，采用在高温环境中化学稳定的SiO₂作为涂层的主体，隔绝渗透元素或氧化气氛与金属基体材料的接触；添加H₃BO₃、BaO作为助溶剂，调节涂层的熔融温度；添加MgO、CaO作为辅助剂，调节涂层的物理、化学性能，使其能与金属基体冶金结合而不脱落。

所述的新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料，按质量百分数计，SiO₂含量为30～70％，BaO含量为20～50％，H₃BO₃含量为0.5～5％，MgO含量为4～10％，CaO含量为4～10％。

所述的新型高温阻渗抗氧化梯度涂层材料，，优选的，按质量百分数计，SiO₂含量为40～60％，BaO含量为30～40％，H₃BO₃含量为1～4％，MgO含量为4～8％，CaO含量为4～8％。