[發明專利]一種耐蝕隔熱涂層體系及其制備方法

有效

• 申請號: 201710372358.0
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107190260B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 黃國勝;胡旋燁;李相波
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C24/02;C23C4/08;C23C4/073;C23C4/11;C23C4/12;C23C4/134
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 白瑩;于正河

本發明屬于表面工程耐蝕隔熱材料技術領域，具體涉及一種耐蝕隔熱涂層體系及其制備方法，耐蝕隔熱涂層體系的主體結構包括復合打底層、防腐層、隔熱層和封閉層，耐蝕隔熱涂層體系制備方法的具體工藝過程包括預處理基體、制備復合打底層、制備防腐層、制備隔熱層和制備封閉層共五個步驟，首先在鋁基體表面進行預處理，再利用低壓冷噴涂制備粘結防腐層，然后利用高壓冷噴涂方法制備梯度/漸變的粘結過度層，最后利用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層；其耐蝕隔熱涂層體系結構簡單，耐蝕隔熱效果好，使用環境友好，壽命周期長，其制備方法易操作，原理科學可靠，安全環保，提高了涂層體系層間的結合強度，加強了涂層體系與基體的腐蝕相容性。

技術領域：

本發明屬于表面工程耐蝕隔熱材料技術領域，具體涉及一種耐蝕隔熱涂層體系及其制備方法，在鋁合金表面噴涂耐蝕隔熱涂層，以使鋁合金材質的部件在海洋環境中得到廣泛應用。

背景技術：

鋁合金以其比強度和比剛度高以及減振性好的一系列優點在航空、航天、汽車、電子和家電等行業具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景，但是因為鋁合金的化學性質活潑，容易遭受腐蝕、硬度低，不耐磨、熔點低，耐熱性能差,限制了鋁合金在抗熱環境的研究和應用發展緩慢；表面處理能有效改進各種鋁合金的表面性能,提高耐腐蝕、耐磨耗和耐熱性能，使用最廣泛的防護方法是在鋁合金基體上噴涂熱障涂層，熱障涂層的制備方法包括電子束物理氣相沉積法(EB-PVD)、火焰噴涂、等離子噴涂(APS)、超音速火焰噴涂(HVOF)和爆炸噴涂等，其中，等離子噴涂、粉末火焰噴涂、超音速火焰噴涂和爆炸噴涂均屬于熱噴涂技術，區別在于通過不同的加熱方式使顆粒在不同結構的噴槍中熔化進行噴涂，熱噴涂技術的原理是利用燃燒能或電能將噴涂粉末熔化成熔融態或半熔融態后通過氣流吹動使其霧化，高速噴射到基體表面形成噴涂層；噴涂層與基體之間以及噴涂層中顆粒之間主要是通過鑲嵌、咬合或填塞等機械形式連接，其次是通過微區冶金結合以及化學鍵結合。涂層中作為工作層的材料主要為Al₂O₃(氧化鋁)或ZrO₂(二氧化鋯)等高性能、低導熱系數的陶瓷材料；復合涂層的引入使涂層的內聚強度和涂層與基體的結合強度都得到了明顯提高，并且使得涂層中的熱應力得到緩解，從而增強了涂層的抗熱震性能和服役壽命。目前，熱障涂層以MCrAlY(粘接層)+ZrO₂為主要體系，其中M(金屬)是Co(鈷)或Ni(鎳)或者兩者的混合組份，能夠粘接涂層與基體并起到過度應力的作用，ZrO₂通過添加YO₂(氧化釔)起到隔熱和穩定體積的作用，MCrAlY中的Al(鋁)通過生成Al₂O₃(TGO熱生長層)起到阻止氧氣擴散氧化基體的作用。

由于熱噴涂方法是在高溫下進行的操作，所以對基體的熱損傷大，而且熱噴涂方法制備的涂層孔隙率較高，涂層長期處于海洋環境中不可避免的會遭受海洋環境的腐蝕；在鹽霧環境中，鹽霧沿孔隙到達基體的粘結層和基體，同樣會造成粘結層和基體遭受海洋環境的腐蝕，腐蝕產物會導致隔熱陶瓷層結合力下降使涂層最終發生脫落失效；同時，MCrAlY+ZrO₂涂層體系在諸多應用實例中表明，其耐蝕性能(非熱腐蝕)較差，不適合海洋環境的腐蝕防護，從而，設計新的適合海洋環境防腐的涂層體系成為了迫切需求，相關專利文獻中的燒結熱漲涂層是在鋁、鎂合金及其復合材料表面，先通過硅酸鹽和磷酸鹽體系等離子體電解液使鋁、鎂合金及其復合材料表面電解氧化成膜介質，再在等離子電解氧化膜基礎上以電泳沉積電解液的電泳沉積，制得鋁、鎂合金及其復合材料表面熱障涂層，其仍然不能解決膨脹系數大的問題，沒有得到推廣使用。因此，研發設計一種用于海洋環境中鋁合金耐蝕隔熱涂層體系及其制備方法，基于冷噴涂技術改善鋁合金表面涂層的性能，具有良好的社會和經濟效益。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術中鋁合金表面存在熱障涂層防腐性能差的缺點，研發設計一種鋁合金耐蝕隔熱涂層體系及其制備方法，在鋁合金基體上制備性能良好的耐熱涂層，使基體到涂層的物理參數過度平穩，在海洋環境中使用時能夠抵御飛濺海水的腐蝕和熱震破壞。