一种热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法。其制备方法包括以下步骤：在具有连续纤维织物/短切纤维的复合物表面进行表面预处理，以获得良好的界面；将经预处理的复合物预先固定在要喷涂的基材的表面，然后使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是将经预处理的复合物通过热喷涂技术的喷涂过程带入，制得陶瓷复合涂层。本发明专利技术是在目前使用的热喷涂技术喷涂陶瓷涂层的过程中，将复合物以晶须、短切纤维、连续纤维织物等形式混入陶瓷涂层中。用本发明专利技术提供的方法制备的陶瓷复合涂层能基本保持原有陶瓷涂层的特点，且在断裂韧性和抗弯强度方面有所提升，其制备工艺简单、流程短、成本较低，适合工业化生产。

Preparation of a Thermal Spraying Ceramic Composite Coating

The invention discloses a preparation method of thermal spraying ceramic composite coating. The preparation method includes the following steps: surface pretreatment is carried out on the composite surface with continuous fiber fabrics/chopped fibers to obtain a good interface; the pretreated composite is pre-fixed on the surface of the substrate to be sprayed, and then thermal spraying technology is used to prepare the ceramic composite coating; or the pre-treated composite is thermal sprayed through thermal spraying. Ceramic composite coatings were prepared by introducing the technology into the spraying process. In the process of spraying ceramic coatings by the thermal spraying technology currently used, the composite material is mixed into the ceramic coatings in the form of whiskers, chopped fibers and continuous fibre fabrics. The ceramic composite coating prepared by the method provided by the invention can basically maintain the characteristics of the original ceramic coating, and improve the fracture toughness and flexural strength. The preparation process is simple, the process is short and the cost is low, and it is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法
本专利技术涉及热喷涂
，特别是涉及一种热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法。
技术介绍
表面工程是通过一系列相关技术在材料表面获得一层薄膜来修饰材料表面的相关工艺，包括：等离子体增强、离子轰击、自组装、纳米加工、化学处理或其他过程。热喷涂技术是表面工程技术的重要组成部分，是一种将粉末喷涂材料通过加热使其(半)熔融或者气化，然后通过高速气流将经(半)熔融或气化的粉末喷射在零件表面形成涂层的一种方法。热喷涂技术主要用于对高温、抗氧化、耐磨、耐蚀部件进行预保护，对缺损的部件进行修复，制备防辐射、密封、绝缘等特殊用途的功能涂层等，目前已在航空航天、石油化工、核工业、冶金、建筑、机械等众多领域得到了广泛的应用。先进的陶瓷具有优良的耐高温、抗氧化、耐蚀、耐磨损等特性，但是陶瓷也同时存在抗弯强度低、韧性差，与金属热膨胀系数(CTE)差别大等缺点。虽然目前采用Ni-Cr等结合层降低金属基质与陶瓷涂层的CTE不匹配程度，但陶瓷涂层本身还是具有韧性差、抗弯强度低等缺点，在热震或敲击过程中陶瓷涂层很容易发生破损、脱落。此外，大气等离子热喷涂技术(APS)等因陶瓷熔融不充分，易导致涂层出现孔洞，会进一步降低涂层的力学性能。综上所述，如果能够进一步提升陶瓷涂层本身的韧性和抗弯强度，将会极大拓展涂层的应用范围和综合性能。特别地，APS技术具有可喷涂材料广泛，喷涂效率高，喷涂工艺参数可控，粉末沉积效率高，涂层与基体结合强度较高，喷涂成本等优点；此外，喷涂的陶瓷涂层虽然孔洞较多，但这些孔洞却提供了较佳的热绝缘性能。如果能提高涂层本身的力学性能，将会大大增加APS喷涂技术的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、流程短，能基本保持原有陶瓷涂层的特点，且在断裂韧性和抗弯强度方面有所提升的陶瓷复合涂层的制备方法。该制备方法对目前热喷涂工程不造成过大影响，又克服了目前陶瓷涂层韧性差、抗弯性能低等缺陷。本专利技术的技术方案是：本专利技术所述热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：在具有连续纤维织物/短切纤维的复合物表面进行表面预处理，以获得良好的界面；将经预处理的复合物预先固定在要喷涂的基材的表面，然后使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是将经预处理的复合物通过喷涂过程带入，制得陶瓷复合涂层。本专利技术的具体制备方法，包括以下步骤：(一)、对复合物进行表面净化后，再对复合物进行表面预处理；(二)、对要喷涂的基材进行表面净化，通过物理或化学的方法除去基材表面的油污和氧化层；(三)、对基材进行喷砂处理；(四)、对上述基材进行预热后，喷涂金属粘结底层，然后冷却至室温；如果喷涂涂层仅为陶瓷涂层，则所述步骤省去；(五)、将步骤(一)中经预处理的复合物固定在步骤(四)中基材表面，再使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是使用热喷涂技术对步骤(四)中基材进行热喷涂，并在热喷涂过程中通过复合物传送装置将步骤(一)中经预处理的复合物混入热喷涂高速焰流中，制得陶瓷复合涂层。其中，步骤(一)中复合物的材料包括但不限于SiC、SiO2、Al2O3、Cr2O3的一种或几种；复合物的材料为与喷涂材料相同或化学相容性良好的一种材料；所述喷涂材料为任意一种粉末或多种陶瓷粉末的混合物。所述复合物的表面净化方式包括但不限于沸水烹煮、高温灼烧、液体洗涤，根据所用复合物使用不同的净化方式。复合物进行表面预处理的方式包括但不限于使用化学气相沉积技术(CVD)沉积裂解碳(PyC)、氮化硼(BN)涂层或使用溶胶凝胶法沉积二氧化硅(SiO2)涂层或使用化学物质进行表面改性。所述热喷涂技术包括但不限于超音速火焰喷涂(HVOF)，活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)，大气等离子喷涂(APS)，低压等离子喷涂(LPPS)，物理气相沉积(PVD)。并且本专利技术可根据复合物形态的不同采用不同的热喷涂方法，如当本专利技术中的复合物的形态为连续纤维织物时，该复合物在步骤(五)中采用的方法是：先固定在步骤(四)中基材表面，再使用热喷涂技术对基材进行热喷涂。其中，连续纤维织物是指连续纤维通过2D、2.5D及3D等编织方式织造而来的编织物。当本专利技术中的复合物的形态为晶须或短切纤维，复合物的长度尺寸为1～1000mm时，采用在热喷涂过程中通过复合物传送装置将经预处理的复合物混入热喷涂的高速焰流。复合物传送装置位于热喷涂设备与基材之间的高速焰流上方位置或侧方位置。该复合物的混入位置为焰流温度应不高于改变复合物性质或状态的位置。具体混入位置根据不同复合物的材料来定。本专利技术采用在热喷涂的过程中加入连续纤维织物/短切纤维等复合物，来制备热喷涂陶瓷复合涂层的方法，复合物的增强原理的关键在于复合物和陶瓷涂层之间的界面：陶瓷涂层在经连续纤维织物/短切纤维等复合物增强后，使得涂层中的裂纹在脆性陶瓷涂层中产生后能够在复合物/陶瓷涂层的界面处发生钝化和偏转，以阻止涂层在载荷作用下过早发生脆性失效，其增强效果远远优于粒子/尺寸为微米级别的短纤维所对应的桥接增强。本专利技术的优点在于：1)在尽量不影响原有热喷涂工艺的前提下制备了陶瓷复合涂层。2)用本专利技术提供的方法制备的陶瓷复合涂层能基本保持原有陶瓷涂层的特点，且在断裂韧性和抗弯强度方面有所提升。3)用本专利技术提供的方法制备工艺简单、流程短、成本较低，适合工业化生产。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为本专利技术在热喷涂过程中通过复合物传送装置将经预处理的复合物混入热喷涂高速焰流中喷涂的结构示意图。具体实施方式本专利技术所述热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：在具有连续纤维织物/短切纤维的复合物表面进行表面预处理，以获得良好的界面；将经预处理的复合物预先固定在要喷涂的基材的表面，然后使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是将经预处理的复合物通过热喷涂技术的喷涂过程带入，制得陶瓷复合涂层。本专利技术的具体制备方法，包括以下步骤：(一)、对复合物进行表面净化后，再对复合物进行表面预处理；(二)、对要喷涂的基材进行表面净化，通过物理或化学的方法除去基材表面的油污和氧化层；(三)、对基材进行喷砂处理；(四)、对上述基材进行预热后，喷涂金属粘结底层，然后冷却至室温；如果喷涂涂层仅为陶瓷涂层，则所述步骤省去；(五)、将步骤(一)中经预处理的复合物固定在步骤(四)中基材表面，再使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是使用热喷涂技术对步骤(四)中基材进行热喷涂，并在热喷涂过程中通过复合物传送装置将步骤(一)中经预处理的复合物混入热喷涂高速焰流中，制得陶瓷复合涂层。其中，步骤(一)中复合物的材料包括但不限于SiC、SiO2、Al2O3、Cr2O3的一种或几种；复合物的材料为与喷涂材料相同或化学相容性良好的一种材料；所述喷涂材料为任意一种粉末或多种陶瓷粉末的混合物。所述复合物的表面净化方式包括但不限于沸水烹煮、高温灼烧、液体洗涤等，根据所用复合物使用不同的净化方式。复合物进行表面预处理的方式包括但不限于使用化学气相沉积技术(CVD)沉积裂解碳(PyC)、氮化硼(BN)涂层或使用溶胶凝胶法沉积二氧化硅(SiO2)涂层或使用化学物质进行表面改性等。所述热喷涂技术包括但不限于超音速火焰喷涂(HVOF)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在具有连续纤维织物/短切纤维的复合物表面进行表面预处理，以获得良好的界面；将经预处理的复合物预先固定在要喷涂的基材的表面，然后使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是将经预处理的复合物通过热喷涂技术的喷涂过程带入，制得陶瓷复合涂层。

【技术特征摘要】
1.一种热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在具有连续纤维织物/短切纤维的复合物表面进行表面预处理，以获得良好的界面；将经预处理的复合物预先固定在要喷涂的基材的表面，然后使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是将经预处理的复合物通过热喷涂技术的喷涂过程带入，制得陶瓷复合涂层。2.根据权利要求1所述的热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)、对复合物进行表面净化后，再对复合物进行表面预处理；(二)、对要喷涂的基材进行表面净化，通过物理或化学的方法除去基材表面的油污和氧化层；(三)、对基材进行喷砂处理；(四)、对基材进行预热后，喷涂金属粘结底层，然后冷却至室温；如果喷涂涂层仅为陶瓷涂层，则所述步骤省去；(五)、将步骤(一)中经预处理的复合物固定在步骤(四)中基材表面，再使用热喷涂技术对基材进行热喷涂，制得陶瓷复合涂层；或者是使用热喷涂技术对步骤(四)中基材进行热喷涂，并在热喷涂过程中通过复合物传送装置(3)将步骤(一)中经预处理的复合物混入热喷涂高速焰流中，制得陶瓷复合涂层。3.根据权利要求2所述的热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(一)中复合物的材料包括但不限于SiC、SiO2、Al2O3、Cr2O3的一种或几种；复合物的材料为与喷涂材料相同或化学相容性良好的一种材料；所述喷涂材料为任意一种粉末或多种陶瓷粉末的混合物。4.根据权利要求2所述的热喷涂陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于：所述复合物的表面净化方式包括但不限于沸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭僖，朱晖朝，黄健，张忠诚，黄仁忠，雷运生，朱霞高，陈焕涛，
申请(专利权)人：广东省新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44