本发明专利技术涉及一种碳化硼陶瓷涂浆及其应用。采用的技术方案是碳化硼陶瓷涂浆按重量份配比由酸式磷酸铝粘结剂10份，骨料3～4.3份，固化剂0.8～1.5份制成。一种在金属表面制备碳化硼陶瓷涂层的方法：采用刷涂方法将上述的碳化硼陶瓷涂浆涂刷在经过净化的金属基材表面上，经室温自然固化16～24小时，然后以4～8℃/分钟的升温速率加热到150oC，保温1～2小时，再以5～15℃/分钟升温速率加热到300～500oC，保温1～3小时。本发明专利技术可以在较低温度下在金属基材表面制备出界面结合良好的碳化硼陶瓷涂层，工艺简单、成本低、适用范围广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面工程
，具体地说是一种以酸式磷酸铝粘结剂为成膜物， 以碳化硼为骨料，以MgO和/或Al2O3为化学固化剂制得碳化硼陶瓷涂浆，然后以刷涂的方法在金属基材表面制备一种有良好的力学和物理性能的碳化硼陶瓷涂层的工艺。
技术介绍
碳化硼材料本身具有高硬度、化学稳定、耐磨损以及优异的热、电性能使其成为极具吸引力的工程材料；另外，碳化硼具有中子吸收截面大、耐高温、抗辐照等优点，使其成为极具吸引力的核辐射屏蔽候选材料。若能采用合适的表面处理技术在金属基材表面制备出具有一定厚度和强度的碳化硼陶瓷涂层，对于工程陶瓷涂层以及核辐射屏蔽材料的研制具有重要的科学意义和实际的应用价值。然而，现有的碳化硼陶瓷涂层制备方法工艺过程复杂，条件苛刻，所制备涂层较薄，并且很难在大构件表面进行制备。导致碳化硼涂层的实际应用还很有限。目前制备碳化硼涂层的方法包括化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、等离子喷涂、反应一烧结、等离子浸没离子处理(Plasma Source Ion Implantation, PSII)等。CVD 法、PVD 法、等离子喷涂法等需要昂贵的设备，且难以均勻涂覆形状复杂的零件；反应一烧结法对工艺的烧结温度要求过高( M00°C);PSII技术生成的碳化硼层很薄(< 200nm)，限制了它的工业应用前景。以上工艺在制备碳化硼陶瓷涂层都有一定的难度或缺点。因此发展一种工艺简单，适合于大构件表面涂装，无毒，无污染的碳化硼涂层制备工艺是其获得广泛实际应用的必然要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳化硼陶瓷涂浆，及利用此涂浆在金属基材表面形成一层具有良好的力学性能、操作简单、工艺条件容易控制、成本低的碳化硼陶瓷涂层的制备工艺。本专利技术采用的技术方案是一种碳化硼陶瓷涂浆，由以下原料按重量份配比制成酸式磷酸铝粘结剂10份骨料3 4. 3份固化剂0. 8 1. 5份；其中，所述的酸式磷酸铝粘结剂是由磷酸(H3PO4)和氢氧化铝(Al (OH)3)混合制备而成 先将H3PO4稀释至浓度为60%,并按H3PO4 Al (OH)3= (2. 1 3. 1) 1的摩尔比，将稀释好的H3PO4倒入锥形瓶中，在70°C预热10分钟，然后将温度升高至120°C，并将Al (OH) 3分多次均勻地加入锥形瓶中，均勻搅拌，直至锥形瓶中的浑浊液反应成为无色透明胶黏液，即为酸式磷酸铝粘结剂。所述的骨料为3 5微米的碳化硼粉。所述的固化剂是粒度为200 400目的氧化铝和粒度为200 400目的氧化镁按质量比1 (0 0.5)的混合。上述碳化硼陶瓷涂浆的制备方法是按上述酸式磷酸铝粘结剂、骨料和固化剂的配比取料，原料在球磨罐中，经行星式湿法球磨1 2小时即可制备出均勻的陶瓷料浆。一种在金属表面制备碳化硼陶瓷涂层的方法采用刷涂方法将上述的碳化硼陶瓷涂浆涂刷在经过净化的金属基材表面上，经室温自然固化16 M小时，然后以4 8°C /分钟的升温速率加热到150°C，保温1 2小时，再以5 15°C /分钟升温速率加热到300 500。C，保温1 3小时。净化金属基材表面，是指去除了那些自然形成的覆盖物从表面显露出金属自然色泽和表面晶体结构的表面。其主要内容就是选择适当的方法去除自然覆盖物，达到与所要求的清净度。本技术要求金属基材的表面光洁度为800#，并且表面无油脂、锈迹、污物等。例如采用砂纸打磨工件表面以去除表面覆盖物，并达到相应表面光洁度；再用酒精或丙酮清洗工件表面油污等。本专利技术的有益效果是1、优异的界面结合强度。由本专利技术的碳化硼陶瓷涂浆在金属基材表面形成的碳化硼涂层与金属基体既有化学结合又有机械结合，因而克服了金属与陶瓷间存在的不润湿、不粘附的缺点，可以获得很高的界面结合强度；2、工艺简单，成本低。由于该涂层制备方法使用的涂料是水基的磷酸二氢铝，含有一定尺寸的陶瓷微粒，像油漆那样涂覆在经过预处理的金属表面上，阴干，加热到一定温度下固化。它不需要昂贵的设备，且工艺简单。成本低廉；3、适用范围广。由于该工艺是在室温下对工件进行涂覆，所以不会使工件产生热影响和变形，并且对工件的形状和大小都无任何限制，另外，该工艺无毒、无污染。可以适用绝大多数环境。附图说明图1不同金属基体表面制备的碳化硼陶瓷涂层表面的X射线衍射谱(a)Fe基合金，(b) Al基合金和(c) Mg基合金。图2铁基合金表面制备的碳化硼陶瓷涂层的SEM分析(a)表面分析图，(b)截面形貌。具体实施例方式下面通过实施例详述本专利技术。实施例1 一种碳化硼陶瓷涂浆及其应用 (一)一种碳化硼陶瓷涂浆1)酸式磷酸铝粘结剂取600毫升质量浓度为60%的磷酸溶液(5.2 mol磷酸)于一锥形瓶中，在70°C预热10分钟，加入194. 6克(2. 5 mol) Al (OH)3, Al (OH)3分3次均勻加入， 将温度升高至120°C，均勻搅拌，直至变成无色透明粘结剂；2)固化剂将粒度为200 400目的Al2O3和粒度为200 400目的MgO按质量比1:0.5 混合均勻；43)取68 ml酸式磷酸铝粘结剂(100克)，加入3飞微米的碳化硼粉30克和15克固化剂，将它们在球磨罐中球磨2小时，待用。(二)一种在狗合金表面制备碳化硼陶瓷涂层的方法首先用砂纸将狗基合金(上海宝钢D-Ol钢)试样表面打磨到800#，并用酒精清洗试样， 吹干待用。之后，用毛刷蘸取上述的碳化硼陶瓷涂浆，沿单一方向均勻刷涂于狗基合金试样表面。将刷涂后的试样先置于室温中固化20小时，之后放在马弗炉中进行热固化。以升温速率为5°C /分钟，加热到150°C保温1小时，再以升温速率为10°C /分钟加热到500°C 保温1小时，之后随炉冷却至室温，在狗基合金基体表面制得一层碳化硼陶瓷涂层。涂层经X射线衍射分析，结果如图1 (a)所示，可见主相是基体成分Ca(l8Fei.92，而获得的涂层产物是以B4C为主的复合陶瓷涂层。采用电子拉力机对涂层的界面结合强度进行测定，其强度为215士27MPa ；测定其维氏硬度为Hv=730士21MPa。结果表明涂层具有较好的力学性能。实施例2 —种碳化硼陶瓷涂浆及其应用 (一)一种碳化硼陶瓷涂浆1)酸式磷酸铝粘结剂取600毫升质量浓度为60%的磷酸溶液(5.2 mol磷酸)于一锥形瓶中，在70°C预热10分钟，加入156克(2 mol) Al (OH)3, Al (OH)3分3次均勻加入，将温度升高至120°C，均勻搅拌，直至变成无色透明粘结剂；2)固化剂将粒度为200 400目的Al2O3和粒度为200 400目的MgO按质量比1:0.3 混合均勻；3)取68ml酸式磷酸铝粘结剂(100克)，加入;Γ5微米的碳化硼粉35克和11克固化剂，将它们在球磨罐中球磨2小时，待用。(二)一种在Al合金表面制备碳化硼陶瓷涂层的方法首先用砂纸将6063-A1基合金试样表面打磨到800#，并用酒精清洗试样，吹干待用。之后，用毛刷蘸取上述的碳化硼陶瓷涂浆，沿单一方向均勻刷涂于Al基合金试样表面。将刷涂后的试样先置于室温中固化16小时，之后放在马弗炉中进行热固化。以升温速率为5°C/ 分钟，加热到150°C保温1小时，再以升温速率为10°C /分钟加热到400°C保温3小时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种碳化硼陶瓷涂浆，其特征在于由以下原料按重量份配比制成：酸式磷酸铝粘结剂 １０份骨料 ３～４．３份固化剂 ０．８～１．５份；其中，所述的酸式磷酸铝粘结剂是由磷酸和氢氧化铝以２．１～３．１ ： １的摩尔比配制；所述的骨料为３～５微米的碳化硼粉；所述的固化剂是粒度为２００～４００目的氧化铝和粒度为２００～４００目的氧化镁按质量比１ ： ０～０．５的混合。
【技术特征摘要】
1.一种碳化硼陶瓷涂浆，其特征在于由以下原料按重量份配比制成 酸式磷酸铝粘结剂10份骨料3 4. 3份固化剂0. 8 1. 5份；其中，所述的酸式磷酸铝粘结剂是由磷酸和氢氧化铝以2.1 3.1 1的摩尔比配制； 所述的骨料为3 5微米的碳化硼粉；所述的固化剂是粒度为200 400目的氧化铝和粒度为200 400目的氧化镁按质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，刘成功，柳长林，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：89
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