等离子体喷涂的氧化铝层制造技术

本发明专利技术提供了一种等离子体喷涂的氧化铝层，其通过在例如选自硼硅酸盐和钢组中的基底上通过使用热解法制备的氧化铝作为原料粉末来制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在基底上的等离子体喷涂的氧化铝层和制备等离子体喷涂的氧化铝层的方法。
技术介绍
等离子体喷涂氧化铝层被用来保护船只和飞行器的部件不受腐蚀和磨损(Herbert Hermann，Spektrun der Wissenschaft，1988年11月，102页)。这些混合的氧化铝层存在裂纹。同样已知的是通过等离子体喷涂方法制备氧化铝层(S.Jiansirisomboon et al.，Journal of theEuropean Ceramic Society 23，(2003)，961-976)。这些层同样存在裂纹。由微米级粉末制备等离子体喷涂的氧化铝层是已知的。这种情况下的孔径大小在20-40μm的范围内。由纳米级的Al2O3/TiO2粉末借助于等离子体方法制备涂层是已知的(US 6,723,387)。为此，已知可采用化学气相冷凝(CVC)来制备纳米级氧化铝粉末。在这种情况下，使母体和载气气流一起在热壁或火焰反应器内反应(US6,723,387)。所述文献中使用的反应器在文献US 5,514,350和US 5,876,683中有描述。根据US 5,514,350，非结块的纳米结构(n-陶瓷的)粉末由有机金属母体制备，即通过载气气流中的有机金属母体在热流化床反应器中的热分解来制备。特别地，由六甲基二硅氧烷制备分子式为n-SiCxN4的粉末。该文献没有描述挥发性的金属氧化物/金属化合物在氢氧焰中水解而形成纯氧化物的热解法。根据US 5,876,683，通过与含氧燃料气流混合的蒸发的有机金属化合物来制备纳米颗粒尺寸的非结块氧化物粉末，该气流被送入压力维持在1-50毫巴的反应室的火焰中并燃烧。产生的非结块氧化物粉末可以涂覆到冷的滚筒上，或者，如果火焰设计为等离子体火焰，就可直接涂覆到基底上，在基底上形成固体层。同样已知的是，将在热壁反应器中通过CVC方法制备的纳米结构氧化铝悬浮在有机溶液中，并且用等离子体喷涂工艺处理该悬浮体(US2003/0077398 A1)。同样，已知的是在50-1000μm的厚度中通过火焰喷射来生产机械稳定的、无裂纹的氧化铝层，以增加由石英制备的部件例如石英坩锅的稳定性。关于该Al2O3层结构的细节并没有给出(WO 02/092525 A1)。同样已知的是通过混有注入等离子体的其他氧化物的氧化铝、借助于等离子体喷涂制备来制备无定形材料(WO 2004/016821)。已知的Al2O3层可能不利地存在缺点，例如孔隙和裂纹。这些残余的孔隙对微显硬度和耐磨性可以有不利的影响。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是制备具有最小数量的缺陷如层中的裂纹和孔隙、及具有高耐磨性的等离子体喷涂的氧化铝层。本专利技术的主题是一种在基底上的等离子体喷涂的氧化铝层，其特征在于在所述层中的氧化铝颗粒的尺寸为20-30nm(纳米)，而且主要是α相。在本专利技术的一个具体实施方案中，使用热解法生成的氧化铝来制备所述等离子体喷涂层。本专利技术的氧化铝层可以涂覆到由钢或硼硅酸盐玻璃组成的基底上。本专利技术的其它目的为制备等离子体喷涂氧化铝层的方法，其特征在于将热解法生成的氧化铝用作原本已知的等离子体喷涂工艺中的原料粉末。可以用已知的火焰或高温水解方法制备热解法生成的(发烟)氧化铝，特别是用于制备热解生成的氧化物的火焰水解法(Ullman’s Enzyklopdieder techn.Chemie，第4版，第21卷，464页(1982)。例如，热解法生成的氧化铝可以从蒸发的、与干燥的空气混合并在氢气-氧气的火焰中水解形成氧化铝的三氯化铝制备。氧化铝象Aerosil那样沉淀，并且经过冷却或凝结段，其中氧化铝凝结或凝聚和絮凝。热解法生成的氧化铝初级粒子尺寸为13±5μm。拍实密度为50±25g/l。此外，其氧化铝含量为大于99.6重量％。例如，采用的氧化铝可以是热解法制备的氧化铝C。该氧化铝C的物化数据列于表1中。在本专利技术的一个实施方案中，可以使用已颗粒化的热解法制备的氧化铝。在本专利技术的另一个实施方案中，所使用的原料粉末可以是热解法制备的氧化铝颗粒，该颗粒是通过将所述热解法生成的氧化铝分散在水中，然后喷雾干燥而制得的。该产物由WO 03/014021公开。它是基于热解法制备的氧化铝的粒状材料，其平均粒径为5.0-150μm，拍实密度为300-1200g/l。这些氧化铝颗粒是由Degussa AG制备的，名称为AEROPERLAlu100/30。表1 1)根据DIN 661312)根据DIN ISO 787/XI、JIS K 5101/18(没过筛)3)根据DIN ISO 787/II、ASTM D 280、JIS K 5101/214)根据DIN 55921、ASTM D 1208、JIS K 5101/235)根据DIN ISO 787/IX、ASTM D！”＝(；JIS K 5101/246)根据DIN ISO 787/XVIII；JIS K 5101/207)基于在105℃干燥2小时的物质8)基于在1000℃培烧2小时的物质9)HCI含量是灼烧损失的组分等离子体喷涂法可以从S.Jiansirisomboon等人的Journal of EuropeanCeramic Society，23(2003)，961-976获知。等离子体喷涂属于热喷涂方法。在空气等离子体喷射(APS)的情况下，等离子体借助于水冷的阳极和水冷的阴极之间的直流电由气体(第一气体)产生。该气体是，例如，氮气或合成气体(forming gas)。根据所述气体的种类，在等离子体火焰中可以产生不同的温度。在这种等离子体(热等离子体)的情况下，通过等离子体中解离离子的重新结合而获得高温(接近10000K)。除等离子体的高温之外，从等离子体枪产生非常高的气体出口速度。该速度范围可以在数个100m/s的范围内。结果是，在火焰中熔化的颗粒以高速撞击在基底上。在所述方法中，一些撞击能量转化为热量。可以通过引进额外气体(第二气体)来改变和提高气体速度。由于高的火焰温度和高的气体速度，所以可以处理高熔点金属例如Al2O3。原料粉末可以借助于气流以轴向或径向方式引入等离子体火焰中。该方法的原理在附图说明图1中加以阐述。下列参数可以在空气火焰喷射中调整，以预先确定层的性能电功率(火焰温度)、第一气体流动(火焰温度、气体出口速度)、第二气体流动(气体出口速度)、粉末传送率(层涂覆速率)、基底与等离子体枪的距离(颗粒在火焰中的停留时间)。等离子喷涂层的层厚为几微米-几厘米。根据喷涂层的种类和其应用，可以适当选取不同基底材料。等离子体喷涂层通常用于改进基底材料的性能。例如，本专利技术的氧化铝层可以用于提高耐磨性、绝热性或耐腐蚀性。金属(例如钢)、陶瓷(例如Al2O3或ZrO2)及玻璃(例如硼硅酸盐玻璃)适合用作所述基底。为了防止层的剥落，基底和层的线性膨胀系数应该互相匹配。如果膨胀系数差别大，可以使用中间层(例如Ni-Cr-Al)，其膨胀系数介于基底和实际功能层之间。在基于氧化铝颗粒的本专利技术Al2O3层的情况下，如果使用的基底是钢，可以有利地采用例如Ni-Cr-Al作为中间层。在所述层被涂覆的同时被烧结时，根据本专利技术采用氧化铝颗粒进行等离子体喷涂Al2O3层的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基底上的等离子体喷涂的氧化铝层，其特征在于所述层中的氧化铝颗粒的尺寸为２０－３０ｎｍ（纳米），并且主要为α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓轶，莫尼卡奥斯瓦尔德，克劳斯德勒，罗尔夫克拉森，格奥尔格费林格尔，
申请(专利权)人：德古萨股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]