[發明專利]Cr/Al2O3/SiC復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201310522997.2
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN104141160B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 高繼峰;郭曉明;劉德緒;龔金海;王勇;萬龍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化中原石油工程設計有限公司
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C04B35/628;C04B35/565
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 韓天寶

技術領域

本發明涉及一種Cr/Al₂O₃/SiC復合涂層及其制備方法，屬于金屬表面處理方法技術領域。

背景技術

通過復合電沉積的方法把金屬Cr或Ni與納米陶瓷粒子進行多項復合，在基體材料表面形成不同性能的金屬-陶瓷復合鍍層，使鍍層既具備良好的結合強度，同時又具有陶瓷的硬度與抗腐蝕、耐磨損性能，已經在國內外相關研究中被廣泛關注。采用復合電鍍工藝對彈簧鋼表面進行處理，可以形成含有微量SiC的復合鍍層，不但能夠提高其耐磨性能，同時可以擴展其使用范圍(楊建橋，梁博，彈簧鋼表面Cr-SiC復合電鍍工藝及鍍層性能[J]，腐蝕與防護，2008，29(3)：147-151)。采用脈沖電沉積技術可以在一定程度上改善鍍層的形貌和減小鍍層應力。研究表明，采用雙脈沖電沉積制備的Ni-Al₂O₃復合鍍層不僅厚度高，而且硬度也大幅提高，同時具有較強的抗腐蝕性能(石淑云，常立民，Al₂O₃粒子對雙脈沖電沉積Ni-Al₂O₃鍍層組織與性能的影響[J]，材料保護，2007，40(11)：10-12)。

采用直流或脈沖直流復合電沉積的方法，均能夠在電鍍過程中使不同的納米粒子進入鍍層中形成復合層，提高鍍層的強度、抗腐蝕及耐磨損等性能。但是由于復合電沉積過程中的摻雜顆粒多為不攜帶電荷的陶瓷粒子，受電場作用移動的趨勢不明顯，在沉積過程中主要依靠金屬離子的攜帶而進入鍍層，由此導致復合鍍層中的陶瓷粒子含量極低，而摻雜粒子的含量明顯影響鍍層的各項性能，因此，研究一種新型復合電沉積的方法，提高鍍層中的金屬粒子含量，對于提高金屬材料的各項性能及使用范圍均具有重要的理論價值和工程價值。

發明內容

本發明的目的在于克服復合鍍層中陶瓷含量低的缺陷，提供一種Al₂O₃/SiC復合粒子質量百分含量在3％～10％的Cr/Al₂O₃/SiC復合涂層。

本發明的另一個目的在于提供Cr/Al₂O₃/SiC復合涂層的制備方法。

本發明提供的金屬基體表面涂層由金屬Cr和納米Al₂O₃/SiC復合粒子構成，厚度5微米到30微米之間，Al₂O₃包覆的SiC顆粒以納米粒子的形態分散在Cr鍍層中。

所述金屬基體為鐵、鋼、銅、鋁。

上述金屬基體表面復合鍍層的制備方法為：

(1)制備飽和氧化鋁溶膠，并攪拌2小時以上；

(2)在飽和氧化鋁溶膠攪拌過程中，將納米級粒徑的SiC粉體緩慢加入飽和氧化鋁溶膠中，得到混合溶液A；

(3)將步驟(2)得到的混合溶液A，在超聲波作用下分散1小時以上，使顆粒分布均勻；

(4)加入堿液使混合溶液A發成沉淀，過濾后獲得Al(OH)₃包覆的SiC沉積物B；

(5)將沉積物B置于真空電爐中加熱1小時以上，取出后研磨成納米級的Al₂O₃/SiC 復合粒子粉末C；

(6)制備電鍍液D；

(7)將步驟(5)得到的Al₂O₃/SiC復合粒子粉末C緩慢加入上述電鍍液D中并連續攪拌；

(8)以金屬材料為陰極、不溶性合金為陽極，連續電沉積30分鐘以上即獲得致密的 Cr/Al₂O₃/SiC復合鍍層。

本發明采用氧化鋁溶膠對納米碳化硅粉體進行活性處理，獲得在酸性條件下具有較強沉積能力的納米Al₂O₃/SiC復合粒子粉末，將納米Al₂O₃/SiC復合粒子粉末以超聲波分散后加入鍍鉻溶液中，在電流作用下使金屬陰極表面沉積形成Cr-Al₂O₃-SiC復合涂層，涂層主要由金屬Cr和納米Al₂O₃/SiC復合粒子構成，致密性良好，在腐蝕介質中表現出良好的抗腐蝕性能。本發明可在各種機械及工具、工件表面改性處理領域得以廣泛應用，能夠在保證涂覆層與基體表面結合強度的前提下，大幅提高其表面的耐磨性能與抗腐蝕性能。