一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法，所述复合陶瓷涂层设计为双层梯度结构，在陶瓷打底层、陶瓷表层中添加高长径比的Al2O3晶须，在烧结过程中，高长径比的Al2O3晶须可起到增韧作用，同时因高长径比Al2O3晶须的添加，在烧结过程中，高长径比Al2O3晶须的生长，有利于增加涂层界面(涂层与基材表面、两涂层之间)的结合力，通过高长径比Al2O3晶须对两涂层界面处的钉扎作用起到层间裂纹止裂的效果，降低界面效应，避免层间应力集中而导致的陶瓷涂层脱落。集中而导致的陶瓷涂层脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法


[0001]本专利技术涉及涂层
，尤其涉及一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层及制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，许多的工业设备都需要金属基体长时间在恶劣的环境中服役，比如高温，潮湿，高压和酸碱等环境，极大的缩短了金属材料的使用寿命，从而无法满足实际生产要求。陶瓷涂层具有良好的耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优点，也得到了越来越多的科研人员及企业的广泛关注。而且，陶瓷涂层已经广泛应用于建筑、冶金、船舶、化工机械和航天等众多工业领域，有着十分广阔的市场前景。
[0003]通过在金属基体表面沉积熔覆一层陶瓷涂层，由于陶瓷涂层的存在可以将金属基体与高温高腐蚀环境隔离，大大减低了金属基体被氧化腐蚀的风险，使得引入陶瓷涂层的器件(如过热器管)能在高温高腐环境下运行。
[0004]金属基陶瓷涂层系是指涂在金属表面上的陶瓷保护层或表面膜的总称。但是陶瓷材料易脆的属性以及金属基体物理性能的较大差异，导致陶瓷涂层与金属基体的结合强度较低。另外陶瓷涂层的脆性较大，当其在摩擦磨损环境中会受到压应力、冲击载荷以及疲劳循环应力等作用，一旦当涂层内部的应力超过涂层材料的抗拉极限后，该处涂层材料将会出现脆性断裂，从而产生裂纹，涂层内部裂纹容易扩展出现涂层剥落。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中的问题，本专利技术的提供了一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层的制备方法，。
[0006]本专利技术的技术方案具体如下：
[0007]一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层的制备方法，具体步骤如下：
[0008]步骤S1、制备高长径比的Al2O3晶须：
[0009]将水、聚乙二醇和2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇混合后，调节pH值至10～11，然后和Al2O3晶须混合，在超声和搅拌的条件下，球磨30～120min；再进行干燥、过筛，得到高长径比的Al2O3晶须；
[0010]步骤S2、以(30～50)wt％的SiC、(30～50)wt％的Si3N4、(8～14)wt％的Cr2O3、(4～10)wt％的WC为陶瓷粉体；
[0011]步骤S3、以高长径比的Al2O3晶须与陶瓷粉体混合，作为复合涂层的打底层，其中Al2O3晶须的含量在10～30％；
[0012]步骤S4、以高长径比的Al2O3晶须、片状氧化铝颗粒与陶瓷粉体混合，形成陶瓷表层，其中Al2O3晶须的含量在5～10％、片状氧化铝颗粒的含量在4～8％；
[0013]其中，所述片状氧化铝颗粒是颗粒形貌呈片状的氧化铝粉体，所述片状氧化铝颗粒的板片宽度与板片厚度之比介于3与10之间，所述片状氧化铝颗粒的板片宽度介于0.3μm
与0.9μm之间；
[0014]步骤S5、最后再将熔覆复合陶瓷涂层的合金基材进行梯度烧结，即得。
[0015]进一步地，步骤S1中超声和搅拌的条件为：时间在30～60min；球磨处理过程中的转速为50～70转/分，磨球的直径为3～5mm。
[0016]进一步地，步骤S2中陶瓷粉体80％以上的粉体粒径在20～60μm。
[0017]进一步地，所述打底层的涂层厚度在0.08～0.2mm，所述陶瓷表层的厚度在0.1～0.8mm。
[0018]进一步地，步骤S3、S4中涂层制备采用激光烧结工艺，具体如下：
[0019]采用选区激光烧结工艺，烧结条件为：激光功率200～1200W，扫描速度160～300mm/s，扫描间隔在0.2～0.8mm，在合金基材表面依次形成打底层、陶瓷表层。
[0020]进一步地，步骤S5中梯度烧结工艺如下：在惰性气体的烧结气氛内进行梯度烧结，烧结工艺的条件是：在250～420℃的温度下保温1h，而后以5～10℃/min的速率升温，在620～850℃的温度下保温0.5～1h，继续升温，在1020～1060℃温度条件下高温烧结0.5～1h，最终在合金基材的表面形成复合陶瓷涂层。
[0021]本专利技术的另一目的在于，提供一种如上所述的制备方法制备得到的抗裂纹耐高温腐蚀复合陶瓷涂层。
[0022]进一步地，所述复合陶瓷涂层的厚度在0.2
‑
1.2mm。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024](1)本专利技术中复合陶瓷涂层设计为双层梯度结构，在陶瓷打底层、陶瓷表层中添加高长径比的Al2O3晶须，在烧结过程中，高长径比的Al2O3晶须可起到增韧作用，同时因高长径比Al2O3晶须的添加，在烧结过程中，高长径比Al2O3晶须的生长，有利于增加涂层界面(涂层与基材表面、两涂层之间)的结合力，通过高长径比Al2O3晶须对两涂层界面处的钉扎作用起到层间裂纹止裂的效果，降低界面效应，避免层间应力集中而导致的陶瓷涂层脱落。
[0025](2)本专利技术中在陶瓷表层中添加具体增韧效果的片状Al2O3颗粒，梯度烧结过程中，嵌入的片状的Al2O3颗粒有助于抑制陶瓷粉体中晶体颗粒的生长，使得涂层中陶瓷晶体颗粒更加细化，组织结构更加均匀，减少应力集中及显微裂纹的产生，可以提高涂层表层的抗微裂纹扩展能力，有助于形成高致密的陶瓷表层，提高陶瓷涂层的耐高温抗腐蚀、抗氧化性能。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]实施例1
[0028]一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层的制备：
[0029]步骤S1、制备高长径比的Al2O3晶须：
[0030](1)Al2O3晶须的总加入量按照浆料固含量25vol％配置，于去离子水中，加入粉体质量2％的聚乙二醇，粉体质量0.15％的2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇，调节溶液pH值至10～11，搅拌混合20min，超声与桨叶协同搅拌的作用下，缓慢加入Al2O3晶须，继续超声协同搅拌30min，将获得的Al2O3晶须浆料置于球磨罐中，使用5mm氧化锆磨球，利用滚式球磨机以
70rpm的转速缓慢球磨2h；
[0031]将球磨后的Al2O3晶须浆料取出，利用旋转蒸发装置干燥浆料，过100目筛后制得高长径比的Al2O3晶须粉体；
[0032](2)以45wt％的SiC、35wt％的Si3N4、12wt％的Cr2O3、8wt％的WC为陶瓷粉体；陶瓷粉体80％以上的粉体粒径在20～60μm；
[0033](3)采用选区激光烧结工艺，以高长径比的Al2O3晶须与陶瓷粉体混合，在基材表面形成打底层，烧结条件为：激光功率1200W，扫描速度260mm/s，扫描间隔在0.6mm；
[0034]其中Al2O3晶须的含量在10～30％；打底层的涂层厚度在0.2mm；
[0035](4)采用选区激光烧结工艺，以高长径比的Al2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层，其特征在于，具体步骤如下：步骤S1、制备高长径比的Al2O3晶须：将水、聚乙二醇和2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇混合后，调节pH值至10～11，然后和Al2O3晶须混合，在超声和搅拌的条件下，球磨30～120min；再进行干燥、过筛，得到高长径比的Al2O3晶须；步骤S2、以（30～50）wt%的SiC、（30～50）wt%的Si3N4、（8～14）wt%的Cr2O3、（4～10）wt%的WC为陶瓷粉体；步骤S3、以高长径比的Al2O3晶须与陶瓷粉体混合，作为复合涂层的打底层，其中Al2O3晶须的含量在10～30%；步骤S4、以高长径比的Al2O3晶须、片状氧化铝颗粒与陶瓷粉体混合，形成陶瓷表层，其中Al2O3晶须的含量在5～10%、片状氧化铝颗粒的含量在4～8%；其中，所述片状氧化铝颗粒是颗粒形貌呈片状的氧化铝粉体，所述片状氧化铝颗粒的板片宽度与板片厚度之比介于3与10之间，所述片状氧化铝颗粒的板片宽度介于0.3μm与0.9μm之间；步骤S5、最后再将熔覆复合陶瓷涂层的合金基材进行梯度烧结，即得。2.根据权利要求1所述的一种抗裂纹耐高温腐蚀的梯度陶瓷涂层，其特征在于，步骤S1中超声和搅拌的条件为：时间在30～60min；球磨处理过程中的转速为50～70转/分，磨球的直径为3～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：邰召山，
申请(专利权)人：兆山科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：