一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法，属于合金新材料技术领域。本发明专利技术技术方案采用溶胶凝胶法，制备前驱体凝胶材料，通过在液相中将送些化合物均匀混合，经过溶质与溶剂发生水解或醇解、缩合等化学反应，在溶液中产生稳定的溶胶体系，溶胶陈化后，胶体中的水分逐渐减少，胶粒间慢慢聚合成三维空间网络结构的凝胶，溶胶－凝胶法合成的产物纯度较高，最终制备结合层材料都是多孔蓬松的，有效对表面包覆层进行有效的粘接和结合，本发明专利技术技术方案控制比例，使其在涂刷之前，浆料的湿润程度要恰到好处，有效制备出具有优异结构性能的Mo2NiB2，复合浆料有效填充至中间层均匀的孔隙中形成有效的负载，有效改善材料的结合性能。

Preparation of a highly bonded corrosion-resistant cermet coating material

The invention relates to a preparation method of a high-bonding corrosion-resistant cermet coating material, belonging to the technical field of new alloy materials. The technical proposal of the invention adopts sol-gel method to prepare precursor gel material, and produces a stable sol system through solute and solvent hydrolysis or alcoholysis, condensation and other chemical reactions in the liquid phase. After sol-gel aging, the water in the colloid gradually decreases, and the gel particles are gradually polymerized into three-dimensional space network structure gel. The products synthesized by sol-gel method are of high purity, and the final preparation of the binding layer materials is porous and fluffy, which effectively carries out effective bonding and combination of the surface coating layer. The technical scheme of the present invention controls the proportions, so that the wetting degree of the slurry is exactly the same before brushing, effectively preparing Mo2NiB2 with excellent structural properties, and the composite slurry is effectively filled into the middle layer uniformly. The effective load is formed in the pore of the material, which can improve the bonding property of the material effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法
本专利技术涉及一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法，属于合金新材料

技术介绍
随着现代工业技术的不断发展，为达到预期使用目的，很多金属器械要在比较严苛的环境中进行作业，因此对很多金属设备的要求愈加严苛。很多时候它们不仅要承受高温、磨损、酸碱盐类的腐蚀，还需要承受应力，飞灰烟粒的冲蚀作用，长期处于这种超负荷的工作状态容易缩短器械的使用寿命，通常会提前达到器械的服役年限。一旦这种情况出现不仅会给生产带来很多困扰，还会造成不可估量的经济损失。生活中我们比较熟悉的锅炉，就常常会面临这种问题，由于锅炉长期处在高温、煤灰烟粒冲蚀的工况下进行作业，经常会出现爆管泄露等一系列问题，这样就必须进行停炉维修，不仅会消耗大量的人力物力，还会造成重大的经济损失，但最主要的还是在停炉期间给人们生活带来的重大不便。在实际生产生活中不单单锅炉对金属材料有较高要求，在其他一些生产领域对金属材料的要求也比较严苛。尽管金属材料有很多性能方面的优点，如光泽度好、易成形、导热性能较强、有较好的韧性和强度等。但是长期在严苛的工况下工作，金属材料还是被磨损腐蚀得比较严重，通常在没有达到预期的使用年限时就已不能投入工作。当单一金属材料不能胜任时，人们就想到了合金，在单一金属材料中加入其他性能较好的金属材料，从而在某些方面来提高金属的使用性能。尽管性能有所提高，但是仍达不到长期在严苛工作环境中的使用效果。硼化物金属陶瓷是现代材料研究的重点之一，特别是三元硼化物基金属陶瓷由于具有高熔点、高硬度、高抗氧化性及高耐磨性等优异性能而作为硬质工具材料、磨料、合金添加剂、耐磨耐蚀部件，同时这种材料又拥有优良的电性能，可用来做为高温电工材料与惰性电极材料因此受到研究者们的高度重视，近年来世界上各个国家都在加强对硼化物基金属陶瓷材料的研究与开发，使它的性能在不断提高并逐渐的应用在各个领域。但由于其存在熔点高、烧结难以致密化等问题，使块体材料的制备成本高昂及难度变大，使得这种材料的应用受到了阻碍。对于这种新型的陶瓷材料，采用表面涂层技术是实现其应用的重要手段。在材料表面技术中，涂层技术是一种重要方法，该方法能制备出多种功能涂层。通过该技术可以在使用极少量的高性能材料的情况下，就能起到用大量的昂贵整体材料所起到的作用，从而降低了产品的成本，提高产品的质量、增加产品的使用年限、为国家建设节约资源和能源。金属陶瓷涂层主要是通过改变金属基体的外表面形貌、内部组织结构以及化学元素组成，来给予基体表面更优异的性能。金属与陶瓷材料在性能上各有其独特的优异性能和明显的性能弱点，如何把金属与陶瓷材料各自的性能优势结合起来，一直以来都是材料科学与工程界所研究并突破的难点之一。金属陶瓷复合涂层技术把金属与陶瓷的强强联合起来，在很大程度上扩宽了金属和陶瓷材料在各自领域的使用范围。三元硼化物基金属陶瓷可以使用液相原位反应烧结的方法来制备，而其中的B2X3(X指金属元素)作为硬质相，它是采用原料粉末之间的原位化学反应形成的。三元硼化物基金属陶瓷具有高的强度、高的硬度、低的密度、高的断裂韧性、高的耐磨性、很好的耐腐蚀性等优良特性，并且其热膨胀系数与钢相近，综合性能优异，Mo2NiB2基金属陶瓷就是其中一种。在钢基体表面通过采用液相烧结技术制备的Mo2NiB2金属陶瓷涂层有很大的优势：这样的涂层材料，不仅它的综合性能好而且其它性能(耐磨性、耐蚀性)可具调节性，能够通过改变成分的配比以及增添合金元素来调节；高温下陶瓷硬质相与铁基粘结相可以共存，可以避免脆硬的第三相过多生成；高温下由于陶瓷硬质相与铁基粘结相可以形成共晶液相，让涂层的致密化程度大大提高；金属陶瓷涂层与钢基体之间是通过Fe-Ni固溶体相冶金结合具有超高的结合强度；通过原位硼化反应直接制备的涂层，减少了提前制备陶瓷硬质相的阶段进而避开了陶瓷硬质相和金属粘结相的润湿性差的问题；由于硼化物基金属陶瓷的热膨胀系数与钢基体相近，形成涂层后残余内应力小，因此涂层的厚度可控。但是现有的陶瓷金属涂层材料和金属材料之间结合强度不高，所以如何改性材料的结合强度，提高金属材料的耐腐蚀性能很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有的陶瓷金属涂层材料和金属材料之间结合强度不高的问题，提供了一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、6～8份柠檬酸、1～2份蔗糖、3～5份硼酸和1～2份氧氯化锆置于三角烧瓶中，搅拌混合、保温反应，得基体反应液，再按质量比1：15，将聚乙二醇添加至基体反应液中，搅拌混合并滴加柠檬酸溶液，调节pH至7.0，得溶胶中间改性液；（2）取钢材基体并按质量比1:15，将钢材基体浸泡至处理液1中，搅拌混合超声清洗后取出钢材基体并再按质量比1:10，将洗涤后钢材基体置于处理液2中浸泡，超声清洗，待浸泡完成后，洗涤、干燥得预处理基体，按质量比1:20，将预处理基体浸泡至刻蚀液中，待浸泡处理完成后，洗涤、干燥得刻蚀钢材基体材料；（3）按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、3～5份200目硼粉、0.1～0.2份石墨、3～5份Mo2C、6～8份镍粉和10～12份钼粉置于球磨罐中，球磨收集球磨浆液并干燥，收集干燥粉末，按质量比1:10，将干燥粉末与环氧树脂搅拌混合，超声分散，得分散浆液；（4）将溶胶中间改性液涂覆至刻蚀钢材基体材料表面，静置固化后，再将分散浆液涂覆至固化材料表面，静置后，将其置于管式气氛炉中，升温加热、保温煅烧，静置冷却至室温，即可制备得所述的高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料。所述的柠檬酸溶液为聚乙二醇等质量的质量分数15％柠檬酸溶液。所述的调节pH采用的是质量分数15％氨水。所述的处理液1制备步骤为按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份碳酸、6～8份质量分数1％氢氧化钠溶液和10～15份质量分数5％碳酸氢钠溶液置于烧杯中，搅拌混合得处理液1。所述的处理液1制备步骤为按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～5份氧化铬和3～5份质量分数3％硝酸置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于室温下静置6～8h，得处理液2。所述的表面刻蚀液制备步骤为为按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、1～2份硝酸铜、1～2份质量分数1％硝酸置于三角烧瓶中，搅拌混合得表面刻蚀液。所述的浸泡处理时间为30～60s。所述的溶胶中间改性液涂覆厚度为20～30μm。所述的分散浆液涂覆量为5g/cm2。所述的升温加热、保温煅烧为在管式气氛炉中，在100～110℃下干燥至恒重后，再按5℃/min升温加热至850～900℃，保温煅烧3～5h。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术技术方案采用溶胶凝胶法，制备前驱体凝胶材料，通过加热升温后的溶胶凝胶材料通过蔗糖的进一步碳化，同时生成二氧化碳和一氧化碳等气相产物逸出，这是因为溶胶－凝胶过程中蔗糖包覆在氧化锆的外侧，形成复杂的有机结构，这使其有效缠结并渗透至本专利技术技术方案经表面处理形成的刻蚀表面，有效在其内部晶化并形成丰富的填充，进一步改善材料的填充效率和表面结构性能，由于溶胶－凝胶法是选用金属无机盐或金属醇盐和含高化学活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、6～8份柠檬酸、1～2份蔗糖、3～5份硼酸和1～2份氧氯化锆置于三角烧瓶中，搅拌混合、保温反应，得基体反应液，再按质量比1：15，将聚乙二醇添加至基体反应液中，搅拌混合并滴加柠檬酸溶液，调节pH至7.0，得溶胶中间改性液；（2）取钢材基体并按质量比1:15，将钢材基体浸泡至处理液1中，搅拌混合超声清洗后取出钢材基体并再按质量比1:10，将洗涤后钢材基体置于处理液2中浸泡，超声清洗，待浸泡完成后，洗涤、干燥得预处理基体，按质量比1:20，将预处理基体浸泡至刻蚀液中，待浸泡处理完成后，洗涤、干燥得刻蚀钢材基体材料；（3）按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、3～5份200目硼粉、0.1～0.2份石墨、3～5份Mo2C、6～8份镍粉和10～12份钼粉置于球磨罐中，球磨收集球磨浆液并干燥，收集干燥粉末，按质量比1:10，将干燥粉末与环氧树脂搅拌混合，超声分散，得分散浆液；（4）将溶胶中间改性液涂覆至刻蚀钢材基体材料表面，静置固化后，再将分散浆液涂覆至固化材料表面，静置后，将其置于管式气氛炉中，升温加热、保温煅烧，静置冷却至室温，即可制备得所述的高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、6～8份柠檬酸、1～2份蔗糖、3～5份硼酸和1～2份氧氯化锆置于三角烧瓶中，搅拌混合、保温反应，得基体反应液，再按质量比1：15，将聚乙二醇添加至基体反应液中，搅拌混合并滴加柠檬酸溶液，调节pH至7.0，得溶胶中间改性液；（2）取钢材基体并按质量比1:15，将钢材基体浸泡至处理液1中，搅拌混合超声清洗后取出钢材基体并再按质量比1:10，将洗涤后钢材基体置于处理液2中浸泡，超声清洗，待浸泡完成后，洗涤、干燥得预处理基体，按质量比1:20，将预处理基体浸泡至刻蚀液中，待浸泡处理完成后，洗涤、干燥得刻蚀钢材基体材料；（3）按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、3～5份200目硼粉、0.1～0.2份石墨、3～5份Mo2C、6～8份镍粉和10～12份钼粉置于球磨罐中，球磨收集球磨浆液并干燥，收集干燥粉末，按质量比1:10，将干燥粉末与环氧树脂搅拌混合，超声分散，得分散浆液；（4）将溶胶中间改性液涂覆至刻蚀钢材基体材料表面，静置固化后，再将分散浆液涂覆至固化材料表面，静置后，将其置于管式气氛炉中，升温加热、保温煅烧，静置冷却至室温，即可制备得所述的高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料。2.根据权利要求1所述的一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的柠檬酸溶液为聚乙二醇等质量的质量分数15％柠檬酸溶液。3.根据权利要求1所述的一种高结合型耐腐蚀金属陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的调节pH采用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢瑞，
申请(专利权)人：常州西夏墅东方工具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32