一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层及其制备工艺制造技术

一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的制备工艺，所述制备工艺包括：1)去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)将无水乙醇、饱和氯化钾溶液和前驱体硅酸烷基酯混合，并以酸液调节混合体系pH值，搅拌得到前驱体溶液，向前驱体溶液中加入可溶性贵金属化合物，搅拌至完全溶解得到电沉积液；3)以经处理后的钛基合金基体作为工作电极，以铂片或石墨作为对电极，以电沉积液作为电沉积溶液体系，进行电沉积，沉积完成后将工作电极用去离子水洗并烘干，在钛基合金基体表面得到弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；4)对覆盖有弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的钛基合金进行热处理，即在钛基合金表面制得弥散贵金属微粒的陶瓷涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层及其制备工艺
本专利技术涉及一种金属陶瓷复合涂层领域，尤其涉及一种以钛基合金作为基体的、具有优秀耐高温和良好抗氧化能力的弥散贵金属微粒的陶瓷涂层及制备方法。
技术介绍
钛铝合金具有密度低、比强度高、弹性模量高、高温抗蠕变能力好等优点，是一种极具应用前景的高温材料，被应用于航空发动机高压压风机和涡轮叶片等高温零部件。然而，钛铝合金的实际使用温度被限制在750℃以下，由于在更高温度下，钛和铝与氧的亲和能力差不多，合金表面形成的是TiO2和Al2O3混合层，氧化膜的生长速率很快，容易发生剥落。为克服以上不足，国内外学者采用了合金化、离子注入法、表面涂层和阳极氧化等方法改性来提高钛铝合金的服役温度。合金设计主要包括两个方面，一是提高TiAl合金中基本元素Al的含量，这固然有利于其抗氧化性能的改善,但Al含量不宜太高,否则一旦析出脆性的TiAl3将影响其力学性能；二是通过加入第三种或者多种合金元素，如：Nb,Sb,Si,Cr,Y,Mo等虽然也可有效改善TiAl合金的高温抗氧化性能，但加入量过高通常会导致TiAl合金力学性能下降。离子注入法虽然注入量可控、重复性较好，但涉及的设备较昂贵、生产效率较低，且对TiAl合金成分改变的深度仅局限在表面较浅的范围(<1μm)。而防护涂层，如金属涂层MCrAl(Y)，陶瓷涂层(如SiO2、Al2O3和ZrO2等)，以及扩散涂层(如Al、Si等)等虽然可作为屏蔽层阻挡氧气向基体渗透，但各自仍存在一定的问题。金属涂层与基体间的互扩散较严重，界面易析出硬脆相，同时产生柯肯达尔孔洞，严重降低了涂层与基体的结合强度；陶瓷涂层内应力较大且与基体结合强度较低；扩散涂层与基体热膨胀系数相差较大。中国专利局于2018年1月19日公开了一种耐高温钛合金板的专利技术专利申请，申请公布号为CN107604210A，其以铝和钛为主要基体成分，以金属铬为主要掺杂元素，其余还主动掺杂了Si、V、C、Mn、Mo和Co等元素，并在不可避免元素中引入了Nb、Re、Y和Ce等元素，即实质上是以加入合金元素来提高其高温抗氧化性能，但其同样也导致了以钛铝为主成份的合金与涂层截面之间互扩散严重，界面析出硬脆相，进而造成力学性能产生下降，带来不利影响。中国专利局于2018年2月2日公开了一种种钛基合金抗高温氧化复合涂层的制备方法的专利技术专利授权，授权公告号为CN105714294B，其采用了含铝钛基合金作为基体，在其基体表面制备微纳米氧化物涂层，并在涂层外包覆有1～30μm厚度的金属铝涂层，并加以空气热处理使得金属铝涂层外表面形成致密的氧化铝膜，制成双涂层结构，大大提高了其高温抗氧化能力，并避免了金属涂层与基体之间的互扩散而导致出现的易析出硬脆相的问题，但由于其中间层为微纳米二氧化硅涂层，即也是属于陶瓷涂层，虽然微纳米二氧化硅与钛铝合金基体之间存在化学键合作用，能够极大程度地降低陶瓷涂层与基体结合强度低所带来的影响，但这仍是一个不可避免的问题，同时由于其最外层涂层也是金属铝涂层，其与中间层的结合强度同样是较低的，且其涂层与基体之间、涂层与涂层之间的热膨胀系数差异容易导致涂层与基体、涂层与涂层脱离，即结合强度低，因此其虽在抗高温氧化性能上有了显著提升，却在涂层与基体和涂层与涂层之间的结合强度仍不尽人意。另外在SurfaceandCoatingsTechnology期刊在2012年的206卷中文章《Effectofamagnetronsputtered(Al2O3-Y2O3)/(Pt-Au)laminatedcoatingonhotcorrosionresistanceof8Nb-TiAlalloy》记载了对于铝钇氧化物和铂金复合涂层提高高铌钛铝合金耐热腐蚀性能等各方面进行的试验及其结果，其表面铂金涂层对于提高高铌钛铝合金耐热腐蚀性能具有显著效果，但由于铂在高温条件下容易遭受多种氧化剂、强碱、容易还原的重金属元素和硫等许多物质腐蚀，而铝钇氧化物本身对于铂难以产生良好的保护作用，致使其适用性极其有限，在许多使用环境中容易早到腐蚀破坏进而使得性能急速下降。
技术实现思路
为解决现有技术中钛铝合金的实际使用温度被限制在750℃以下，由于在更高温度下，钛和铝与氧的亲和能力差不多，合金表面形成的是TiO2和Al2O3混合层，氧化膜的生长速率很快，容易发生剥落等问题，而且现有技术中为解决该问题所用方法均存在或大或小的弊端的问题，本专利技术提供了一种以钛基合金作为基体的、具有优秀耐高温和良好抗氧化能力的弥散贵金属微粒的陶瓷涂层。本专利技术的另一目的是提供一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：1)首先去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)将无水乙醇、饱和氯化钾溶液和前驱体硅酸烷基酯以体积比(100～400)：(100～400)：(1～100)混合，并以酸液调节混合体系pH值至2.0～6.0，搅拌得到前驱体溶液，以每2.01～9L前驱体溶液加入1～50g可溶性贵金属化合物的比例向前驱体溶液中加入可溶性贵金属化合物，搅拌至完全溶解得到电沉积液；3)以经步骤1)处理后的钛基合金基体作为工作电极，以铂片或石墨作为对电极，以步骤2)所得的电沉积液作为电沉积溶液体系，将工作电极和对电极置于电沉积液中并控制工作电极和对电极保持1～10cm的距离，控制电沉积电压为0.1～-2.0V，沉积时间为5～30min，沉积完成后将工作电极用去离子水洗三次后于40～150℃缓慢烘干，从而在钛基合金基体表面得到弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；4)将覆盖有弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的钛基合金在空气中于600～700℃下热处理10～60min，即在钛基合金表面制得弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；其中钛基合金基体为含铝钛基合金。作为优选，所述含铝钛基合金为Ti3-Al、Ti-Al、Ti-Al3、Ti-6Al-4V、TiAlNb和Ti-47Al-2Cr-2Nb中的任意一种。作为优选，步骤2)所述可溶性贵金属化合物为氯金酸钾、氯金酸钠和四氯金酸中的任意一种或多种混合，或者为氯铂酸钾、氯铂酸钠和六氯铂酸中的任意一种或多种混合。作为优选，步骤2)所述的前驱体硅酸烷基酯为正硅酸乙酯和正硅酸甲酯中的任意一种或两种。作为优选，步骤2)电沉积过程中保持电沉积液所含氯化钾浓度为0.2～0.4mol/L。作为优选，步骤3)所述电沉积过程中保持电沉积电压为0.1～-0.5V或-0.6～-1.2V。作为优选，步骤3)中所述电沉积时间为10～20min。一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层，所述涂层在微纳米非金属氧化物中掺杂有贵金属微粒。作为优选，所述非金属氧化物为二氧化硅，贵金属微粒为金或铂及其氧化物中的任意一种或多种。作为优选，所述涂层用于含铝钛基合金基体的包覆。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术通过电沉积的工艺在含铝钛基合金基体表面制备得到微纳米级别的氧化物(二氧化硅)涂层，该微纳米二氧化硅涂层与基体含铝钛基合金之间存在化学键合作用，本身即较之普通的陶瓷涂层与含铝钛基合金基体之间的结合程度更高，结合地更加稳定，提高涂层与基体之间的断裂韧性，且微纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下制备步骤：1)首先去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)将无水乙醇、饱和氯化钾溶液和前驱体硅酸烷基酯以体积比(100～400)：(100～400)：(1～100)混合，并以酸液调节混合体系pH值至2.0～6.0，搅拌得到前驱体溶液，以每2.01～9L前驱体溶液加入1～50g可溶性贵金属化合物的比例向前驱体溶液中加入可溶性贵金属化合物，搅拌至完全溶解得到电沉积液；3)以经步骤1)处理后的钛基合金基体作为工作电极，以铂片或石墨作为对电极，以步骤2)所得的电沉积液作为电沉积溶液体系，将工作电极和对电极置于电沉积液中并控制工作电极和对电极保持1～10cm的距离，控制电沉积电压为0.1～‑2.0V，沉积时间为5～30min，沉积完成后将工作电极用去离子水洗三次后于40～150℃缓慢烘干，从而在钛基合金基体表面得到弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；4)将覆盖有弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的钛基合金在空气中于600～700℃下热处理10～60min，即在钛基合金表面制得弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；其中钛基合金基体为含铝钛基合金。...

【技术特征摘要】
1.一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下制备步骤：1)首先去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)将无水乙醇、饱和氯化钾溶液和前驱体硅酸烷基酯以体积比(100～400)：(100～400)：(1～100)混合，并以酸液调节混合体系pH值至2.0～6.0，搅拌得到前驱体溶液，以每2.01～9L前驱体溶液加入1～50g可溶性贵金属化合物的比例向前驱体溶液中加入可溶性贵金属化合物，搅拌至完全溶解得到电沉积液；3)以经步骤1)处理后的钛基合金基体作为工作电极，以铂片或石墨作为对电极，以步骤2)所得的电沉积液作为电沉积溶液体系，将工作电极和对电极置于电沉积液中并控制工作电极和对电极保持1～10cm的距离，控制电沉积电压为0.1～-2.0V，沉积时间为5～30min，沉积完成后将工作电极用去离子水洗三次后于40～150℃缓慢烘干，从而在钛基合金基体表面得到弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；4)将覆盖有弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的钛基合金在空气中于600～700℃下热处理10～60min，即在钛基合金表面制得弥散贵金属微粒的陶瓷涂层；其中钛基合金基体为含铝钛基合金。2.根据权利要求1所述的一种弥散贵金属微粒的陶瓷涂层的制备工艺，其特征在于，所述含铝钛基合金为Ti3-Al、Ti-Al、Ti-Al3、Ti-6Al-4V、TiAlNb和Ti-47Al-2Cr-2Nb中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍廉奎，吴景佳，侯广亚，唐谊平，曹华珍，郑国渠，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33