[發(fā)明專利]一種高性能陶瓷涂層及其制備方法

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• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN108330427A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建輝;張勇;譚禮明;陳曉曉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/129;C23C4/10
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 曹莉

本發(fā)明涉及材料的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能陶瓷涂層及其制備方法。該方法是以微米陶瓷粉末和納米陶瓷粉末為原料，通過等離子噴涂與火焰噴涂復(fù)合的方式，在基體表面形成高性能陶瓷涂層；所述等離子噴涂與火焰噴涂復(fù)合的方式為等離子噴涂和火焰噴涂是一次形成的。兩種噴涂工藝復(fù)合制備出具有微/納耦合效果的高性能陶瓷涂層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：減少了微米陶瓷粉末涂層中的大量孔隙，納米陶瓷粉末填充在這些孔隙上提高了涂層的致密性；解決了納米陶瓷粉末存在的輸送困難和易燒蝕等難點(diǎn)問題；微米陶瓷粉末與納米陶瓷粉末的復(fù)合作用，增強(qiáng)了陶瓷涂層的結(jié)合力度；提高涂層的強(qiáng)度和韌性，達(dá)到提高涂層耐磨損性能的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能陶瓷涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

熱噴涂是一門具有悠久歷史的工藝性技術(shù)，是表面工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，是維修與 再制造的重要手段。當(dāng)前國內(nèi)絕大多數(shù)的零件是采用金屬材料做成的，由于長時(shí)間的使用，使得零件的磨損非常的明顯，因此熱噴涂涂層被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵零部件的 表面強(qiáng)化，尤其是噴涂陶瓷涂層技術(shù)的出現(xiàn)，更是被廣泛的應(yīng)用在表面技術(shù)工程領(lǐng)域中。

陶瓷涂層主要包括添加或不添加高熔點(diǎn)的玻璃，以氧化物、碳化物、硅化物、硼化物或氮化物為主的的高溫陶瓷，金屬陶瓷以及其它無機(jī)材料。陶瓷涂層由離子鍵和共價(jià) 鍵的混合鍵結(jié)合，具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性好和熱膨脹系數(shù)低的特點(diǎn)。

受熱噴涂本身工藝特點(diǎn)的影響，所用原料陶瓷粉末粒徑一般為10～100μm，所得到的陶瓷涂層為微米結(jié)構(gòu)。同時(shí)熱噴涂技術(shù)是使材料瞬間加熱至熔融或半熔融的狀態(tài)，材 料撞擊基體使其扁平化而覆蓋在基體上，因此微米級的扁平粒子的結(jié)合率和結(jié)合強(qiáng)度是 影響熱噴涂涂層耐磨性能的最重要指標(biāo)，對于熱噴涂涂層而言，一般扁平粒子的結(jié)合率 在30％左右，在磨損工況下，扁平粒子間的弱結(jié)合導(dǎo)致了涂層抗磨損能力的顯著下降， 扁平粒子界面由于較低的結(jié)合率和其它缺陷(如裂紋和微氣孔)的存在，在外應(yīng)力的作 用下，是涂層裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的主要部位，而單個(gè)扁平粒子的脫落是引起涂層磨損失效 的最直接原因，所以對熱噴涂涂層進(jìn)行強(qiáng)化的一個(gè)重要思路是改善微米級的扁平粒子界 面結(jié)合狀態(tài)。

針對上述微米結(jié)構(gòu)涂層的局限性，熱噴涂的納米結(jié)構(gòu)涂層在抗磨損、耐腐蝕以及其 他性能方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，所以納米結(jié)構(gòu)的表面涂層也是熱噴涂重點(diǎn)發(fā)展的研究方 向之一。現(xiàn)有的技術(shù)主要是用納米粉末為原料制備納米結(jié)構(gòu)涂層，然而納米陶瓷粉末在熱噴涂過程中存在輸送困難和易燒蝕等難點(diǎn)問題，且納米結(jié)構(gòu)涂層沉積效率不高。而在 微米級的涂層中引入納米粉末制備出微/納耦合涂層有望結(jié)合納米和微米兩種結(jié)構(gòu)涂層 的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)熱噴涂涂層在性能上的不足。已有的研究大部分集中在利用單一熱噴 涂方法制備微/納耦合涂層，但該方法在原料和工藝的控制方面都不十分成熟，難以滿足 產(chǎn)業(yè)化的需求。本發(fā)明提出的通過等離子噴涂與火焰噴涂復(fù)合的方式制備微/納耦合涂 層，在原料處理和工藝控制方面相對簡單，具有良好的應(yīng)用前景，且相關(guān)的研究未見報(bào) 道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種把納米尺度的陶瓷粉末添加于微米級陶瓷涂層的構(gòu)想，利用微米和 納米陶瓷粉末，通過等離子噴涂與火焰噴涂復(fù)合的方式制備出扁平粒子界面處均勻分布 納米顆粒的微/納耦合陶瓷涂層。

本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種基于等離子-火焰復(fù)合噴涂制備的高性能陶瓷涂層， 利用該技術(shù)制備的陶瓷涂層具有高強(qiáng)度和耐磨損的特點(diǎn)，能有效的增加零件的使用壽命。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為：以微米陶瓷粉末和納米陶瓷粉末為 原料，通過等離子噴涂與火焰噴涂復(fù)合的方式，在基體表面形成高性能陶瓷涂層；

所述等離子噴涂與火焰噴涂復(fù)合的方式為等離子噴涂和火焰噴涂是一次形成的。

其中，具體包括以下步驟：

(1)將所述納米陶瓷粉末制備成懸浮液；

(2)對所述基體預(yù)處理得到處理過的基體；