[發明專利]一種防腐抗蝕、絕緣的陶瓷復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202011373769.X
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112680687B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 邵芳;莊寅;盛靖;倪金星;趙華玉;陶順衍;鐘興華;楊加勝;楊凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/12;C23C4/11
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 鄭優麗;牛彥存

本發明公開一種防腐抗蝕、絕緣的陶瓷復合涂層及其制備方法。所述陶瓷復合涂層包括形成于基材表面的Al₂O₃?Ca₂SiO₄陶瓷復合涂層；所述Al₂O₃?Ca₂SiO₄陶瓷復合涂層的組成包括：Ca₂SiO₄ 5wt%～15wt%，余量為Al₂O₃。根據本發明，在Al₂O₃陶瓷涂層中引入Ca₂SiO₄可以增大涂層致密度，并且利用β?Ca₂SiO₄的水化特性實現涂層的自封孔，阻擋腐蝕介質和濕氣的滲入。由于Ca₂SiO₄的摻入量較少，復合涂層的硬度保持較高。因此，本發明的復合涂層具有良好的防腐抗蝕和絕緣性能，并且具有較高的硬度和結合強度。

技術領域

本發明涉及一種防腐抗蝕、絕緣的陶瓷復合涂層及其制備方法，屬于熱噴涂陶瓷涂層技術領域。

背景技術

國家海洋戰略的實施對材料耐蝕性能及防腐蝕技術提出新的要求和挑戰。在海上鉆井平臺、艦艇、艦載飛行器等裝備中廣泛應用的液壓桿、軸承等關鍵部件既要承受苛刻的摩擦磨損，同時還面臨嚴重的腐蝕問題。采用熱噴涂技術在金屬基體上制備陶瓷涂層，能夠把金屬材料塑韌性好、易加工和陶瓷材料高硬度、耐磨損、抗腐蝕的特點結合起來，是提升海洋裝備性能和使用壽命的重要技術手段。其中，Al₂O₃基陶瓷涂層已在磨損工況下得到了較好的應用。然而，若作為防腐涂層使用，應考慮其本身的致密性。熱噴涂工藝制備的涂層實際上是由眾多穿越等離子體的熔滴在基體表面撞擊、鋪展、急冷固化形成的片層狀結構堆疊而成。顆粒的不完全熔融與交錯堆疊、熔融凝固時的體積收縮會導致氣孔、裂紋、層間間隙等缺陷的產生。海洋環境下腐蝕介質易通過此類孔隙滲透入涂層，對金屬基體造成腐蝕，導致涂層的剝落，最終引發裝備故障和失效。另一方面，在潮濕環境下，孔隙會吸收水汽，造成涂層絕緣電阻的指數級下降，影響裝備的安全可靠使用。因此，研究開發可阻擋腐蝕介質和濕氣滲透的高致密度Al₂O₃基陶瓷涂層具有重要的科學意義和應用價值。

國內外減少熱噴涂陶瓷涂層孔隙的途徑有以下兩個方面：(1)對制備態涂層進行封孔劑處理、激光重熔等實現孔隙封閉；(2)通過工藝優化和原料設計調控制備態涂層的致密度。然而，有機封孔劑耐高溫和耐磨損性能差，無機封孔劑滲入深度有限，激光重熔處理容易在涂層中引入較大的殘余應力，產生工件變形和熔覆層裂紋，致使涂層力學性能的降低。伴隨熱噴涂工藝的產生和發展，提高涂層的致密度，尤其是陶瓷涂層的致密度始終是熱噴涂領域的研究熱點。通常，涂層的孔隙隨著噴涂粒子的受熱溫度和飛行速度的提高而減少。大氣等離子體噴涂(APS)涂層氣孔率低于普通火焰噴涂和電弧噴涂。超音速火焰噴涂(HVOF)可進一步降低涂層氣孔率，但研究人員發現，雖然APS陶瓷涂層較HVOF涂層含有更多的氣孔，但APS工藝等離子體射流熱焓更大，陶瓷顆粒熔融更充分，涂層層間結合性能更好，因此APS涂層的防腐性能優于HVOF涂層。新近發展的懸浮液等離子體噴涂(SPS)和超低壓等離子體噴涂(VLPPS)工藝可制備結構較為致密的陶瓷涂層。但SPS與VLPPS對基材的熱輸入量大，不適用于基材不耐高溫的部件。大氣等離子體噴涂至今仍是熱噴涂技術的主流和熱門研究領域。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種防腐抗蝕、絕緣的陶瓷復合涂層及其制備方法，該陶瓷復合涂層具有良好的防腐抗蝕和絕緣性能，并且具有較高的硬度。