一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，将陶瓷粉末送入等离子喷涂设备，采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂陶瓷粉末，制备防腐蚀涂层；喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，得到不锈钢合金基耐腐蚀陶瓷涂层。本发明专利技术工艺简单、喷涂效率高，涂层表面光滑致密，涂层与基体之间连接紧密，有效提高了不锈钢在超临界水环境中的耐腐蚀性能。

A method for the preparation of supercritical water resistant ceramic coating by air plasma spraying

The invention discloses a method for preparing a ceramic coating resistant to supercritical water corrosion by atmospheric plasma spraying. The ceramic powder is sent to the plasma spraying equipment, and the ceramic powder is sprayed on the surface of the substrate by the atmospheric plasma spraying method to prepare the anti-corrosion coating. After the spraying, the corrosion-resistant ceramic coating based on stainless steel alloy is obtained by keeping the normal temperature and pressure until the workpiece is cooled to the room temperature Layer. The invention has the advantages of simple process, high spraying efficiency, smooth and compact coating surface, close connection between coating and substrate, and effectively improves the corrosion resistance of stainless steel in supercritical water environment.

【技术实现步骤摘要】
一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法
本专利技术属于喷涂涂层制备
，涉及一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法。
技术介绍
超临界水氧化技术利用超临界水特殊的物理化学性质，使氧化剂和有机物互溶于超临界水中并发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成CO2、N2和H2O等小分子化合物，可用于彻底无害化处理有机废物，具有无相间阻力、反应速率高、处理效率高、无二次污染、无需干燥脱水过程等技术优势。然而，超临界水氧化系统中的高温高压和高浓度溶解氧引起了严重的反应器腐蚀问题，因此腐蚀防控对超临界水氧化的发展和规模化应用具有重要意义。近年来，材料表面改性技术迅速发展并成为腐蚀防控领域的研究热点，其中大气等离子喷涂通过在合金表面形成一层与基体紧密结合的涂层来防止基体受到腐蚀环境的破坏，在操作成本、灵活性和可行性方面具有一系列优点。已经证明陶瓷涂层能够有效抑制超临界水中不锈钢的氧化和腐蚀，而陶瓷材料(如氧化锆、氧化钛)已成为超临界水氧化反应器材料的备选涂层。作为超临界水氧化系统中预热器和反应器的重要候选材料之一，316不锈钢具有良好的耐腐蚀性和相对较低的成本。因此，基于超临界水条件下材料的性能要求以及超临界水氧化工艺的经济性，在316不锈钢表面喷涂陶瓷涂层作为腐蚀防控手段具有很大价值。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，该方法能够有效解决超临界水环境中的材料腐蚀问题。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，包括以下步骤：1)选用不锈钢合金作为基体，进行表面预处理；2)将陶瓷粉末送入等离子喷涂设备，采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂陶瓷粉末，制备防腐蚀涂层；3)喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，得到不锈钢合金基耐超临界水腐蚀陶瓷涂层。优选地，所述不锈钢合金为316不锈钢。优选地，步骤1)中，表面预处理是将长方体工件依次使用280#、400#、600#、1200#、2000#金相砂纸将工件表面抛光，然后置于丙酮溶液中进行超声波清洗，之后将工件置于温度为85～100℃的烘箱中烘干、备用。优选地，所述陶瓷粉末为TiO2粉末或ZrO2粉末，TiO2粉末的洛氏硬度为53HRC，密度为4.1g/cm3，熔点为1920℃，粒度为-150目～+320目，孔隙率≤5％；ZrO2粉末的洛氏硬度为25HRC，密度为5.3g/cm3，熔点为2535℃，粒度为-270目～+1600目，孔隙率≤5％。优选地，采用大气等离子喷涂方法喷涂时，TiO2粉末的送粉速率为40～50g/min，ZrO2粉末的送粉速率为40～50g/min。优选地，所制备的陶瓷涂层厚度为TiO2的涂层厚度150～300μm，ZrO2的涂层厚度150～300μm。优选地，步骤2)中，大气等离子喷涂方法所用的工作气体为氩气或氢气。优选地，步骤2)中，大气等离子喷涂方法所用的工作气体流量为Ar2.72m3/h，H20.57m3/h，电压为70V，电流为500A，喷涂距离为10～15mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术选用不锈钢合金作为基体并进行表面预处理；将陶瓷粉末送入等离子喷涂设备，采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂陶瓷粉末，制备防腐蚀涂层；喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，得到不锈钢合金基耐腐蚀陶瓷涂层。本专利技术工艺简单、喷涂效率高，涂层表面光滑致密，涂层与基体之间连接紧密，有效提高了不锈钢在超临界水环境中的耐腐蚀性能。附图说明图1为本专利技术实施例1中的TiO2涂层横截面扫描电镜图像；图2为本专利技术实施例2中的ZrO2涂层横截面扫描电镜图像。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：实施例1一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，包括以下步骤：(1)选用316不锈钢作为基体，加工成长方体工件后依次使用280#、400#、600#、1200#、2000#金相砂纸将表面抛光，然后置于丙酮溶液中进行超声波清洗，之后将工件置于温度为85℃的烘箱中烘干、备用；(2)首先选择TiO2粉末作为喷涂原料，其洛氏硬度为53HRC，密度为4.1g/cm3，熔点为1920℃，粒度为-150目～+320目，孔隙率≤5％，将TiO2粉末送入等离子喷涂设备采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂，TiO2粉末的送粉速率为53g/min，采用氩气、氢气作为工作气体，工作气体流量为Ar2.72m3/h，H20.57m3/h，电压为70V，电流为500A，喷涂距离为10mm；(3)喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，然后将制备得到的TiO2涂层通过扫描电子显微镜观察横截面形貌，发现涂层与基体紧密结合，涂层厚度约为250μm，如图1所示。将制得的带有陶瓷涂层的316不锈钢暴露于430℃、24MPa、含氧量为3wt.％的超临界水中100h，测定腐蚀质量变化为TiO2涂层0.004611mg/cm2，表现出良好的耐腐蚀性能。实施例2一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，包括以下步骤：(1)选用316不锈钢作为基体，加工成长方体工件后依次使用280#、400#、600#、1200#、2000#金相砂纸将表面抛光，然后置于丙酮溶液中进行超声波清洗，之后将工件置于温度为100℃的烘箱中烘干、备用；(2)选择ZrO2粉末作为喷涂原料，其洛氏硬度为25HRC，密度为5.3g/cm3，熔点为2535℃，粒度为-270目～+1600目，孔隙率≤5％，将ZrO2粉末送入等离子喷涂设备采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂，ZrO2粉末的送粉速率为45g/min，采用氩气、氢气作为工作气体，工作气体流量为Ar2.72m3/h，H20.57m3/h，电压为70V，电流为500A，喷涂距离为10mm。(3)喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，然后将制备得到的ZrO2涂层通过扫描电子显微镜观察横截面形貌，发现涂层与基体紧密结合，涂层厚度为170μm，结果参见图2。将制得的带有陶瓷涂层的316不锈钢暴露于430℃、24MPa、含氧量为3wt.％的超临界水中1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选用不锈钢合金作为基体，进行表面预处理；2)将陶瓷粉末送入等离子喷涂设备，采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂陶瓷粉末，制备防腐蚀涂层；3)喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，得到不锈钢合金基耐超临界水腐蚀陶瓷涂层。

【技术特征摘要】
1.一种大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选用不锈钢合金作为基体，进行表面预处理；2)将陶瓷粉末送入等离子喷涂设备，采用大气等离子喷涂方法在基体表面上喷涂陶瓷粉末，制备防腐蚀涂层；3)喷涂结束后，保持常温常压直至工件冷却至室温，得到不锈钢合金基耐超临界水腐蚀陶瓷涂层。2.根据权利要求1所述的大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述不锈钢合金为316不锈钢。3.根据权利要求1所述的大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，其特征在于，步骤1)中，表面预处理是将长方体工件依次使用280#、400#、600#、1200#、2000#金相砂纸将工件表面抛光，然后置于丙酮溶液中进行超声波清洗，之后将工件置于温度为85～100℃的烘箱中烘干、备用。4.根据权利要求1所述的大气等离子喷涂制备耐超临界水腐蚀的陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末为TiO2粉末或ZrO2粉末，TiO2粉末的洛氏硬度为53HRC，密度为4.1g/cm3，熔点为1920℃，粒度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东海，郭树炜，魏宁，汪洋，柳亮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61