[發(fā)明專利]一種具有夾心納米陶瓷層的涂層結(jié)構(gòu)及制備方法

有效

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• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104388930A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高雪松;肖猛;張濤;劉建濤
• 申請（專利權(quán)）人: 南京中科神光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B32B9/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料表面工程領(lǐng)域，具體涉及一種具有夾心納米陶瓷層的涂層結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)

在高溫材料行業(yè)中，由于工作環(huán)境對材料的耐熱性要求越來越高，單純的金屬材料已不能滿足要求。而同時，陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐熱和抗高溫氧化性能，但由于其脆性較大、耐疲勞性能差、對應(yīng)力和裂紋敏感，且難以加工，使其應(yīng)用受到了限制。所以人們逐漸將陶瓷涂層作為表面保護層制備在金屬表面形成金屬/陶瓷復合材料，將基體金屬和表面陶瓷涂層的特點有機地結(jié)合起來，發(fā)揮兩類材料的綜合優(yōu)勢。

與傳統(tǒng)陶瓷涂層相比，納米陶瓷涂層不僅具有耐磨、耐蝕、耐熱等優(yōu)點，更克服了陶瓷材料脆性大的缺點，并可能表現(xiàn)出與金屬材料類似的塑性，使其逐漸成為各個行業(yè)的研究目標。但由于納米材料比表面積大、表面活性高，在制備涂層過程中極易長大，而失去了納米材料的特性。所以在高溫材料表面制備納米陶瓷涂層還存在一定的難度。目前制備的大部分納米陶瓷涂層其實并不是純粹意義上的納米陶瓷涂層，一般都可認為是在微米或者是亞微米晶粒基體相中存在著納米粒子相。

當前，等離子噴涂納米陶瓷團聚體、激光熔覆納米陶瓷粉等方法常用于制備納米陶瓷涂層。由于激光具有加熱、冷卻速度快，是制備納米涂層的理想方法，但其可調(diào)控能力較差，所以得到的納米陶瓷結(jié)構(gòu)多樣化，且表面應(yīng)力較大，容易剝落。經(jīng)過電子束物理氣相沉積(EB-PVD)方法加工得到的氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯熱障陶瓷涂層(YPSZ)，雖然涂層整體均為納米組織，但制備效率低且成本很高。由于以上原因，高溫納米陶瓷涂層尚沒有實質(zhì)性的技術(shù)突破，限制了其應(yīng)用范圍。因此，發(fā)展一種制造成本較低又具有納米陶瓷特性的涂層成為一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有夾心納米陶瓷層的涂層結(jié)構(gòu)及制備方法。

本發(fā)明所述具有夾心納米陶瓷層的涂層結(jié)構(gòu)，包括過渡層和陶瓷層，過渡層的一面與基體冶金結(jié)合，另一面與陶瓷層冶金結(jié)合，其特征在于：所述陶瓷層為夾心結(jié)構(gòu)陶瓷層，其上下兩層為普通陶瓷層，中間層為納米陶瓷層。

優(yōu)選的，所述陶瓷層厚度為150～600μm，其中普通陶瓷層厚度各為50～200μm，納米陶瓷層厚度為50～200μm。

優(yōu)選的，所述納米陶瓷層由粘結(jié)劑與納米陶瓷粉混合燒熔制成。更優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為PVC或PVA。

優(yōu)選的，所述基體包括鐵基、鎳基、鈷基高溫合金結(jié)構(gòu)件。

優(yōu)選的，所述過渡層由純Ti粉、Al粉和粒度20nm的Al₂O₃納米陶瓷粉按照質(zhì)量比(3.8～4.5):(4.5～5.0):(0.8～1.2)的比例組成。

優(yōu)選的，所述過渡層厚度為100～200μm。

本發(fā)明所述的一種具有夾心納米陶瓷層的涂層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)對基體表面進行凈化、活化處理；

(2)選取滿足自蔓延反應(yīng)合金要求及過渡層性能要求的粉末體系，均勻混合作為過渡層粉末；

(3)將過渡層粉末烘干，并壓制成100～200μm厚度的薄片；

(4)將納米陶瓷粉與粘結(jié)劑進行混合、烘干，最后進行球磨分散；

(5)將壓制好的過渡層粉片放置在基體上，再在過渡層粉片上依次涂覆50～200μm厚度的納米陶瓷粉、50～200μm厚度的混有粘結(jié)劑的納米陶瓷粉和50～200μm厚度的納米陶瓷粉；

(6)對基體上的粉層進行激光掃描，在基體上同時生成過渡層和陶瓷層，得到具有夾心納米陶瓷層的涂層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述激光采用CO2激光或Nd:YAG激光。

優(yōu)選的，所述激光的掃描功率為200～2000W，聚焦成直徑1～5mm的光斑，掃描速度0.1～3m/min。