[发明专利]多元陶瓷复合涂层的制备方法

说明书

本发明为一种多元陶瓷复合涂层的制备方法。该方法包括如下步骤：第一步，制备用于热喷涂的氧化物/碳化硅/铝复合粉：所述氧化物为氧化锆、氧化钛、氧化铪、氧化钽、氧化铌、氧化钒、氧化铬、氧化钼或氧化钨中的1‑4种；第二步，对所需涂层的基体材料表面进行预处理；第三步，采用热喷涂的方法，将氧化物/碳化硅/铝复合粉喷涂基体材料表面，从而通过原位合成得到多元陶瓷复合涂层。本发明克服了现有技术制备多元陶瓷复合涂层的工艺复杂、成本高、污染大、沉积效率低、涂层性能差和不适合在大规模工业生产中应用的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及碳化物、硅化物和氧化物对材料的镀覆，具体地说是多元陶瓷复合涂层的制备方法。

背景技术

碳化物熔点高(可达3880℃)，硬度较高，且具有良好的导热、导电、耐磨损和耐腐蚀等综合性能，在机械、冶金、航空航天、核及军事等领域有重要的应用价值。其中，碳化钛是典型的过渡金属碳化物，且碳化钛是钛、锆、铬过渡金属碳化物中发展最广的材料，在机械、电子、化工、环境保护、聚变反应堆、国防工业等许多领域得到广泛的应用，尤其是被广泛用于结构材料的防护涂层。碳化锆作为一种难熔的金属碳化物，具有高熔点(3420℃)、高硬度(25.5GPa)、高热导和电导率以及高的化学稳定性等优良特性，广泛应用于发射器表面涂层、核燃料颗粒涂层、热光电辐射器涂层以及超高温耐火材料等领域。碳化铌具有高熔点(3610℃)、高硬度、高弹性模量、高耐磨性和热力学稳定等性能。因此在金属工件基体表面制备碳化铌涂层，可使其表面硬度大大提高，可达到HV2800以上，同时提高了工件的工作温度，从而延长其使用寿命，在机械、冶金、航空航天、核及军事等领域有重要的应用价值。碳化钽具有非常高的熔点(3985℃)，碳化钽涂层是一种重要的高强度、耐腐蚀和化学稳定性好的高温结构材料，它具有优异的高温力学性能、抗高速气流的冲刷性能、抗烧蚀性能，并与石墨、碳/碳复合材料具有良好的化学相容性及机械相容性。碳化钼具有高硬度、良好热稳定性和抗腐蚀特性，可在2000℃以上的中性或还原气氛用作高温材料，能耐冷氢氧化钾和氢氧化钠溶液的腐蚀，已经在各种耐高温、耐磨和耐化学腐蚀性的机械领域得到应用。碳化钨作为一种难熔的金属碳化物，具有高熔点(2870℃)、高硬度(2000HV)、高热导和电导率、以及高的化学稳定性等优良特性，广泛应用于发射器表面涂层、核燃料颗粒涂层、热光电辐射器涂层以及超高温耐火材料等领域，是用来制造硬质合金的主要原料，同时它的化学稳定性和热稳定性都比较好，在1000℃的工作环境中，依然具有很高的热硬度。碳化铬具有高温硬度高(HV1500～2100)、耐磨性能好、抗腐蚀性能好、密度低等优点，尤其是其热膨胀系数接近钢，与基体的部件匹配性好。碳化铬是目前高温(600～900℃)环境下应用最为广泛的涂层材料之一，广泛应用于冶金、航空、电力、核能等行业。碳化铬相可增加涂层的硬度，其在高温下能生成致密的氧化铬保护膜。碳化铬因具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，广泛应用于零部件防护涂层。碳化铪具有非常高的熔点(3890℃)，是高熔点金属熔炼坩埚内衬的良好材料。碳化铪具有高硬度，可作硬质合金的添加剂，在切削工具和模具领域已得到广泛应用；还具有高弹性系数、良好的电热传导性、较小的热膨胀系数和较好的冲击性能，适用于火箭喷嘴材料，可用于火箭的鼻锥部位，在航天领域有重要应用，在喷管、耐高温内衬、电弧或电解用电极方面也有重要应用。碳化铪的固相稳定性好，耐化学腐蚀，具有适合于高温环境下使用的巨大潜力。另外，在碳纳米管阴极表面蒸镀碳化铪薄膜，可以很好地改善其场发射性能；在碳/碳复合材料中引入碳化铪可以提高其抗烧蚀能力。碳化铪具有许多优异的物理与化学性能，使得它在目前超高温材料中被非常广泛地应用。