[發(fā)明專利]金屬氧化物基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310467151.3
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103484811A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇;閻殿然;陳學(xué)廣;王磊;褚振華;董艷春;張建新;袁立武
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)方案涉及對金屬材料的鍍覆，具體地說是金屬氧化物基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法。

背景技術(shù)

無機(jī)材料涂層是用作為耐磨、耐蝕和耐高溫涂層的首選材料。其中，金屬氧化物基無機(jī)材料涂層是應(yīng)用最廣泛的一大類涂層材料，比如氧化鋁基、氧化鈦基、氧化鋯基或氧化硅基無機(jī)材料涂層被廣泛作為涂層材料用來提高整體材料的表面性能。然而，由于金屬氧化物陶瓷材料普遍具有韌性低和抗熱震性差的缺點(diǎn)而大大限制了其使用范圍。另外，作為涂層材料使用，氧化物陶瓷涂層與基體材料間不易形成較高的結(jié)合強(qiáng)度，而且氧化物陶瓷涂層本身也很難達(dá)到高的致密性。為了彌補(bǔ)金屬氧化物陶瓷材料作為涂層材料使用中的上述缺陷，研究人員根據(jù)材料學(xué)和摩擦學(xué)原理，陶瓷材料的耐磨性不僅與材料的硬度有關(guān)，更取決于材料的韌性，而晶粒細(xì)化無疑會增加強(qiáng)度和韌性從而提高陶瓷材料的耐磨性。鑒于納米材料具有十分優(yōu)越的強(qiáng)度、硬度和高溫塑性，還有優(yōu)異的耐磨和抗蝕性能，為此，目前金屬氧化物陶瓷納米涂層的制備方法成為新的研發(fā)的方向。

CN102787933A公開了一種具有納米合金涂層的氣缸，此發(fā)明涉及汽車發(fā)動機(jī)用氣缸表面熱噴涂納米涂層的制備技術(shù)，該涂層由納米級的鐵、鎳、鋁、鉻、鋁或其它金屬材料中的一種或幾種構(gòu)成，或者由在納米級金屬材料中摻入納米級的氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、碳化鎢、碳化鉻或其它陶瓷材料中的一種或幾種構(gòu)成。此發(fā)明中所用原料均為納米級粉料，原料成本高；兩種或多種原料納米粉不容易均勻混合，會導(dǎo)致涂層成分不均勻；將兩種或多種原料納米粉混合制備成可用于熱噴涂的復(fù)合粉的過程中造粉工藝復(fù)雜、成本高；在噴涂過程中原料納米粉的晶粒容易長大，會導(dǎo)致涂層中晶粒尺寸較大，從而涂層性能不高。此外，此專利中在納米級金屬材料中摻入納米級的氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、碳化鎢、碳化鉻或其它陶瓷材料中的一種或幾種，所制備出的涂層材料是以金屬相為基體、陶瓷相為第二相的金屬基復(fù)合材料涂層，在噴涂形成涂層過程中陶瓷相與金屬基體相之間的界面結(jié)合不容易控制，會導(dǎo)致涂層中各相界面結(jié)合強(qiáng)度不高，從而造成涂層性能不高的缺點(diǎn)。CN101838136A披露了一種氧化鋁·氧化鈦復(fù)合陶瓷粉末的制備方法，其最終目的在于采用熱噴涂技術(shù)將制備出的氧化鋁·氧化鈦復(fù)合陶瓷粉末進(jìn)一步噴涂到金屬表面，從而制備出氧化鋁·氧化鈦復(fù)合陶瓷涂層，具體工藝包括將氧化鋁和氧化鈦原料粉混粉、配制漿料、噴霧干燥、燒結(jié)熱處理和等離子處理工序，工藝復(fù)雜，成本很高，此外由于金屬氧化物熔點(diǎn)相對較高，采用金屬氧化物原料直接噴涂所得涂層致密度不高。CN1740395A報道了一種陶瓷-金屬間化合物復(fù)合涂層及其制備工藝，以Fe、Al、TiO₂和B₂O₃四種原料粉間的反應(yīng)為基礎(chǔ)制備陶瓷-金屬間化合物復(fù)合涂層，此發(fā)明中由于所用原料之一是B₂O₃，其在空氣中能強(qiáng)烈地吸水或與水反應(yīng)生成硼酸，為此在其造復(fù)合粉過程中采用酒精為介質(zhì)，這造成了工藝復(fù)雜，此外所用反應(yīng)物原料種類過多，尤其是B₂O₃的存在使得原料間的反應(yīng)極不充分，因此導(dǎo)致涂層的致密度低、硬度低至HV680-860，另外由于此發(fā)明中采用的原料尺寸較大，導(dǎo)致所得涂層的晶粒粗大，這也是涂層的硬度低原因之一。

綜合以上現(xiàn)有技術(shù)可以看出，目前采用納米級原料制備亞微米/納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物基無機(jī)復(fù)合材料涂層，尤其是氧化鋁/氧化鈦基涂層的方法有如下缺點(diǎn)：1）金屬氧化物納米粉原料價格較高，是同成分微米粉價格的5～10倍以上；2）兩種或多種原料納米粉不容易均勻混合，導(dǎo)致涂層成分不均勻；3）將納米級原料粉混合制備成可用于熱噴涂的復(fù)合粉的過程通常包括球磨混粉、配制漿料、噴霧干燥、燒結(jié)熱處理和等離子處理等工序，造粉工藝復(fù)雜和成本高；4）在噴涂過程中原料納米粉的晶粒容易長大，使得涂層中晶粒尺寸較大，從而涂層性能提高有限；5）由于金屬氧化物熔點(diǎn)相對較高，采用金屬氧化物原料直接噴涂所得涂層致密度不高和性能不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供金屬氧化物基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，是一種亞微米/納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物基無機(jī)復(fù)合材料涂層的制備方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)完全采用納米級原料制備亞微米/納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物基無機(jī)復(fù)合材料涂層方法中原料成本高、兩種或多種原料納米粉不容易均勻混合、造粉工藝復(fù)雜、涂層成分不均勻、涂層晶粒粗大、涂層致密度不高和性能不高的缺點(diǎn)。