[發(fā)明專利]一種在鈦合金表面制備陶瓷膜/釉膜復(fù)合涂層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610364730.9
• 申請(qǐng)日: 2016-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106011971B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D11/26
• 分類號(hào): C25D11/26;C23C28/04;C23D3/00;C23D5/02;C03C8/12
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在鈦合金表面制備陶瓷膜/釉膜復(fù)合涂層的方法。

(二)背景技術(shù)

鈦及其合金具有相對(duì)密度小、比強(qiáng)度位于金屬之首、彈性模量約為鋼的一半等特性。而且鈦可以在600℃甚至更高的溫度下長(zhǎng)期使用，同時(shí)其具有抗耐低溫性能，在零下196～253℃的低溫環(huán)境下可以保持較好的延性和韌性從而可以避免金屬的冷脆性。另外，鈦還具有無(wú)磁、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，鈦及其合金被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、化工、醫(yī)學(xué)方面的醫(yī)療器材與置入材料等領(lǐng)域，被譽(yù)為“空間金屬”、“海洋金屬”。

鈦合金原理：作為同素異構(gòu)體，在不同溫度下鈦結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)鈦處于低于882℃環(huán)境下時(shí)，其呈現(xiàn)為密排六方晶格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的鈦稱為α-鈦；而當(dāng)鈦處于在882℃以上環(huán)境下時(shí)，其呈現(xiàn)為體心立方晶格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的鈦稱為β-鈦。Ti6Al4V由于其的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，成為第一個(gè)實(shí)用的鈦合金，稱為鈦合金工業(yè)中的王牌合金。該合金使用量已占全部鈦合金的75％～85％。其他許多鈦合金都可以看作是Ti6Al4V合金的改型。我國(guó)開(kāi)始鈦以及鈦合金相關(guān)工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)有五十多年，目前已躋身于第五大鈦工業(yè)生產(chǎn)國(guó)。鑒于鈦合金優(yōu)異的綜合性能，其可能成為繼鐵、鋁之后崛起的“第三金屬”。

鈦及鈦合金具有上述的一系列優(yōu)點(diǎn)，但其亦存在著比如：表面硬度低、耐磨性能差等問(wèn)題，在很多情況下難以滿足生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的要求。因此，在鈦合金表面制備具有耐磨、耐腐蝕性能涂層的研究刻不容緩。其中最主要的是應(yīng)用表面強(qiáng)化技術(shù)對(duì)鈦及鈦合金表面進(jìn)行優(yōu)化。目前對(duì)金屬的表面處理的各類方法中，絕大部分均已應(yīng)用到了鈦合金的表面處理上，包括滲碳(氮、硼)、金屬電鍍、陽(yáng)極氧化、微弧氧化、離子氮化、真空電子束表面處理、激光表面處理等離子噴涂等。

上述鈦及鈦合金的表面處理技術(shù)均蘊(yùn)含各自優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，亦存在著明顯的缺陷。如：滲碳技術(shù)、滲硼技術(shù)以及滲氮技術(shù)等手段存在處理周期長(zhǎng)以及工件易變形等問(wèn)題；熱噴涂技術(shù)制備的涂層組織結(jié)構(gòu)疏松并且涂層與基體的結(jié)合力較弱；激光表面合金化等高能束熱處理采用了局部加熱處理的方法，雖然克服了化學(xué)熱處理整體加熱的缺點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中偶爾存在合金層表面不平整以及同基體交界處出現(xiàn)裂紋、空洞等缺陷。最重要的是，上述這些方法成本較高，大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，不利于真正意義上的大規(guī)模市場(chǎng)推廣應(yīng)用。因此，有必要研究有效且經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)對(duì)鈦及鈦合金進(jìn)行有效地防護(hù)，提高其耐磨耐腐蝕性能以使其滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的鈦合金表面涂層技術(shù)缺陷，提供一種提高鈦合金表面涂層性能的涂層的制備方法。涂層表面硬度高、耐磨性和高溫的熱穩(wěn)定性能好，而且涂層的膜基結(jié)合力強(qiáng)。該方法綠色環(huán)保，設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單，成本低。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種在鈦合金表面制備陶瓷膜/釉膜復(fù)合涂層的方法，所述方法包括：

(1)在鈦合金表面進(jìn)行微弧氧化，制備得到微弧氧化涂層；所述微弧氧化的電解液組成如下：8～10g/L Na₂SiO₃、2～3g/L Na₃PO₄、1～2g/L NaOH、3～4g/L檸檬酸鈉，溶劑為去離子水；所述微弧氧化參數(shù)如下：電壓350～380V，頻率500Hz，處理時(shí)間20～35min；

(2)將配制好的釉漿均勻噴涂在鈦合金的微弧氧化陶瓷涂層表面，待釉料將微弧氧化陶瓷涂層顏色覆蓋時(shí)停止噴涂；配制釉漿所用釉料質(zhì)量組成如下：SiO₂ 52～59％，PbO 16～19％，Al₂O₃ 3～8％，B₂O₃5～9％，Na₂O 3～7％，TiO₂ 3～5％，ZnO 7～9％；配制方法如下：釉料在1380℃保溫熔融，當(dāng)混合物完全熔融且流動(dòng)性良好后，倒入含去離子水的球磨罐中冷淬(調(diào)節(jié)水的含量與釉料質(zhì)量比為1:1)，再加入釉料質(zhì)量3wt％的高嶺土一起攪拌研磨100h成釉漿，將釉漿按1:30的質(zhì)量比溶解到水中配置溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆虼茫?/p>

(3)將噴涂好釉漿的合金工件置于干燥箱中，50～60℃干燥20～30min直至試樣表面溶液水分完全揮發(fā)，釉漿沉積在陶瓷表面不再流動(dòng)，然后取出；

(4)將工件放置在等壓爐中，從常溫加熱到800～850℃，保溫2～3小時(shí)出爐，制備得到陶瓷膜/釉膜復(fù)合涂層。