一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层、制备方法及应用技术

技术编号：43773197 阅读：3 留言：0更新日期：2024-12-24 16:12

本发明专利技术属于金属表面防护领域，具体涉及一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层、制备方法及应用；一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：S1：将陶瓷粉末、水玻璃和水混合，搅拌均匀、超声脱泡得到浆料；S2：将S1得到的浆料在金属基体表面涂覆，进行干燥脱水，得到覆有预制涂层的金属基体；S3：将S2的覆有预制涂层的金属作为阳极，不锈钢作为阴极，置于电解液进行微弧氧化处理，结束后取出阳极清洗，得到微弧氧化陶瓷涂层；本发明专利技术的制备方法能在短时间内完成烧结过程，降低了能耗。同时充分利用了微弧氧化过程中产生的热量，提高了能源利用率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属表面防护领域，具体涉及一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层、制备方法及应用。

技术介绍

1、微弧氧化(microarc oxidation，mao)也称等离子体电解氧化(plasmaelectrolytic oxidation，peo)，是一种利用高电压微弧放电在浸泡于电解液中的al、mg、ti、zr等金属表面制备陶瓷涂层的表面改性技术。微弧放电过程产生的高温等离子体可将电极液中的成分烧结引入涂层中，因此通过人为设计电解液组成可赋予微弧氧化涂层特定的耐磨、耐蚀、耐高温、催化和生物相兼容等性能。目前该技术已成为国际材料研究的热点之一，被广泛应用在航空航天、武器装备、交通运输、船舶、纺织和电子工业等领域。然而，微弧氧化过程能耗极高(5～600kw/dm2，相比与该技术相似的阳极氧化技术能耗最高仅150w/dm2)限制着该技术的大规模应用。

2、为了降低微弧氧化技术的能耗，提高陶瓷涂层的生长速度是目前的唯一手段。迄今为止，通过大幅度提高电解液中成膜物质的浓度(硅酸盐、铝酸盐和纳米颗粒等)来提高陶瓷涂层的生长速度相关研究居多；目前现有技术中存在的问题主要为，现有微弧氧化技术能耗高，且绝大部分能量以热量的形式转移到了电解液中，实际用于电化学成膜的能量占比极少；现有技术中通过调整电解液成分或纳米颗粒添加量来提升涂层生长速度的方法效果有限，且实际纳米颗粒利用率不高；现有技术中通过事先预制阳极氧化膜再进行微弧氧化的方法不具有微弧氧化涂层的成分和性能调控性。

技术实现思路

<p>1、针对现有技术的问题和缺陷，本专利技术提供一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

2、s1：将陶瓷粉末、水玻璃和水混合，搅拌均匀、超声脱泡得到浆料；

3、s2：将s1得到的浆料在金属基体表面涂覆，进行干燥脱水，得到覆有预制涂层的金属基体；

4、s3：将s2的覆有预制涂层的金属作为阳极，不锈钢作为阴极，置于电解液进行微弧氧化处理，结束后取出阳极清洗，得到微弧氧化陶瓷涂层。

5、进一步的，s1中所述的陶瓷粉末为20-50wt％，水玻璃占50-80wt％，纯水3％-15wt％。

6、进一步的，s1中所述的陶瓷粉末的粒径为200-500nm。

7、进一步的，s2中干燥温度为100～160℃，干燥时间为0.5—2小时。

8、进一步的，s3中的微弧氧化处理过程中调整的参数包括正电流设置为10—20a/dm2；负电流设置为10—20a/dm2；频率设置为200—1000hz；占空比设置为50％-80％。

9、进一步的，s3中所述的电解液包括氢氧化钠溶液和硅酸钠，氢氧化钠浓度为1—5g/l，硅酸钠的浓度为5—10g/l。

10、进一步的，s3中的电解液温度为10-40℃；微弧氧化时间为5—20min。

11、一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层，

12、一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的应用，所述基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层在制备航空航天材料中应用。

13、技术效果

14、(1)通过本专利技术提供一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层，采用的预制涂层方法可以将微弧氧化涂层生长所需的各种陶瓷颗粒牢固地粘接在金属表面。

15、(2)通过本专利技术提供一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，通过选择合适的陶瓷颗粒、水玻璃和水的比例，可以使陶瓷颗粒均匀的分散在浆料中，使预制涂层具有更加均匀、致密的结构以及良好的耐碱性。这样，微弧氧化过程中预制涂层才不会大面积脱落。另外，通过调控上述比例可改变陶瓷浆料的流动性，这样可以调节预制涂层的厚度和均匀性。当预制涂层被微弧氧化过程中的等离子体烧结后可快速形成均匀致密的陶瓷涂层。并且通过调节预制涂层中陶瓷颗粒的种类、粒径和比例，能够控制最终涂层的性能，形成具有不同功能的涂层。

16、(3)通过本专利技术提供一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，本专利技术的方法通过预制涂层与微弧烧结相结合，显著缩短了微弧氧化涂层的制备时间和能耗。传统微弧氧化方法需要较长时间或极高的电流密度才能形成所需厚度的涂层，而本方法在半小时内即可制备厚度超过300μm的涂层，同时电流密度仅为常规值，大大提高了生产效率。传统微弧氧化技术能耗高，主要是因为大量电能转化为热量，而本专利技术的方法通过利用预制涂层的存在，将微弧氧化过程中产生的热量用于烧结陶瓷颗粒，缩短了涂层制备时间，从而降低了整体能耗。

17、(4)通过本专利技术提供一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的应用，该涂层具有耐磨、耐腐蚀、抗高温等多种性能，可以适用于航空航天、船舶、交通运输等领域。

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【技术保护点】

1.一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，S1中所述的陶瓷粉末为20-50wt％，水玻璃占50-80wt％，纯水3％-15wt％。

3.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，S1中所述的陶瓷粉末的粒径为200-500nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，S2中干燥温度为100～160℃，干燥时间为0.5—2小时。

5.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，S3中的微弧氧化处理过程中调整的参数包括正电流设置为10—20A/dm2；负电流设置为10—20A/dm2；频率设置为200—1000Hz；占空比设置为50％-80％。

6.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，S3中所述的电解液包括氢氧化钠溶液和硅酸钠，氢氧化钠浓度为1—

7.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，S3中的电解液温度为10-40℃；微弧氧化时间为5—20min。

8.根据权利要求1～7任一所述的制备方法得到的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层，其特征在于，所述基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层具有双层结构，包括原位电化学生长出的内部微弧氧化层和外部微弧熔覆层。

9.根据权利要求8所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的应用，其特征在于，所述基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层在制备航空航天材料中应用。

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【技术特征摘要】

1.一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，s1中所述的陶瓷粉末为20-50wt％，水玻璃占50-80wt％，纯水3％-15wt％。

3.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，s1中所述的陶瓷粉末的粒径为200-500nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，s2中干燥温度为100～160℃，干燥时间为0.5—2小时。

5.根据权利要求1所述的一种基于预制涂层和微弧烧结的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，s3中的微弧氧化处理过程中调整的参数包括正电流设置为10—20a/dm2；负电流设置为10—20a/dm2；频率设置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄红键，彭洪宇，孙曼兮，万源，王勇刚，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人