金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属钛表面防护技术领域，具体涉及一种金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层及其制备方法；涂层原料由以下组份构成：Al(H2PO4)3、Al2O3和CuO，采用丝网印刷法涂覆在钛基体表面后，在950

【技术实现步骤摘要】
金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属钛表面防护
，具体涉及一种金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，相较于传统金属材料，金属钛因其在实际工业生产中所呈现出优异物理化学性能，如低密度，高强度，高熔点及较低的热膨胀系数而成为航空航天、能源领域和化工领域的主要应用材料。然而，金属钛在700℃以上高温下极易氧化，在基体表面会产生疏松的氧化膜，导致氧气易进入其中与基体发生反应，因而严重限制了金属钛在高温下的应用。
[0003]针对金属钛的高温防护方法，近年来，在金属钛表面涂覆防护涂层逐渐成为高温腐蚀防护的有效手段。该技术采用Al2O3、CuO为主要原料，并以Al(H2PO4)3为溶剂，采用丝网印刷法在金属表面形成涂膜，物料可在高温下发生聚合反应，固化后形成共价键和离子键交错连接的连续分布物相,使氧化铜
‑
磷酸盐胶粘剂具有较高的粘接内聚力，可较好地覆着在金属基体表面。通过上述方法制得的磷酸盐基陶瓷涂层细度低，附着能力强，无需高温烧成就可获得一定强度，同时该制备方法具有技术工艺简单、操作方便、高温抗腐蚀性能强等优点。
[0004]文献1中采用微弧氧化的涂层制备工艺，通过局部通电处理在金属钛表面形成约5μm的二氧化钛钝化层，可对金属钛起到较好地高温防护作用，随后进行高温抗氧化性试验，试验结果显示试件在800℃依然呈现出较好地热稳定性。
[0005]文献2中采用激光熔覆技术在钛基体表面制备Ti3Al涂层，涂层厚度约5μm并在800℃下仍能呈现出较为优异的高温抗氧化性能。
[0006]文献3中在钛基合金表面制备无机磷酸盐涂层，在950℃下仍能呈现出较好的高温抗氧化性能。
[0007]现有技术主要有两个缺点：(1)现有的在金属钛表面制备涂层通常采用上述二所提及的激光熔覆、微弧氧化等技术，这些技术需要专门的操作设备，且成本较高，所需消耗的时间较长，且涂层的涂覆均匀性常较难控制。(2)采用现有磷酸基陶瓷原料制备所得的涂层试样，虽可950℃下呈现较好地高温抗氧化性，但其抗氧化性能仍有待加强。
[0008]文献1：Jin,F.Y.,Chu,Paul.K.,Wang,K.,Zhao,J.,Huang,A.P.and Tong,H.H.,Thermal stability oftitania films prepared on titanium by micro
‑
arc oxidation.Materials Science and Engineering:A.,2008,476(1
‑
2),78
‑
82.
[0009]文献2：Guo,C.,Zhou,J.S.,Zhao,J.R.,Wang,L.Q.,Yu,Y.J.and Chen,J.M.,Improvement of the Oxidation and Wear Resistance of Pure Ti by Laser
‑
Cladding Ti3Al Coating at Elevated Temperature.Tribol.Lett.,2011,42(2),151
‑
159.
[0010]文献3：一种用于钛基高温合金高温防护的磷酸盐涂层及其制备方法.专利技术专利,CN 105400240 B

技术实现思路

[0011]针对现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层及其制备方法，以解决金属钛在高温下易氧化，应用被严重限制的难题，该涂层工艺简单，成本较低，可有效拓宽金属钛的应用场景和范围，可被广泛适用于航空航天工业、能源工业和化学工业中的金属钛高温腐蚀防护，具有制备工艺简单、高温下物化性能稳定等优点。
[0012]本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一方面，本专利技术提供一种金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层，按质量份数计，主要由以下组分组成：45
‑
55份Al(H2PO4)3、30
‑
40份Al2O3和10
‑
20份CuO。
[0014]进一步地，所述Al(H2PO4)3溶液由摩尔比为1:2.5
‑
1:3.5的Al(OH)3和H3PO4溶液(H3PO4质量分数为90
‑
95％)制备而成。
[0015]另一方面，本专利技术提供一种金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层的制备方法，包括如下制备步骤：
[0016]1)将金属钛基体超声清洗后，使用SiC砂纸打磨金属表面后再次超声清洗；
[0017]2)将Al(H2PO4)3溶液、Al2O3和CuO经过充分球磨、搅拌形成涂料；
[0018]3)将涂料涂覆于基体上形成金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层，加热进行高温固化，保温后随炉冷却，制备完成。
[0019]进一步地，步骤1)中，所述超声清洗时间为50
‑
65分钟。
[0020]进一步地，步骤1)中，在超声清洗前20
‑
30分钟使用酒精溶液去除表面污渍，后30
‑
35分钟使用蒸馏水去除表面酒精残留物。
[0021]进一步地，所述SiC砂纸为1000
‑
1500目的SiC砂纸。
[0022]进一步地，步骤3)中，所述涂料涂覆的过程如下：采用丝网印刷方式将涂料涂覆于基体。
[0023]进一步地，所述高温固化温度为900
‑
1000℃，保温1.5
‑
2小时。进一步地，所述高温固化温度为950
‑
1000℃。
[0024]进一步地，所述高温固化在马弗炉中进行，在氩气气氛中制备，升温速率0
‑
500℃为2.8
‑
3℃/分钟，500
‑
800℃为1.7
‑
2℃/分钟，800
‑
1000℃为0.8
‑
1℃/分钟。
[0025]进一步地，所述球磨采用行星式球磨机，球磨时间为6
‑
8小时。
[0026]进一步地，所述搅拌采用机械式搅拌器，搅拌时间为1.5
‑
2小时。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0028]1.本专利技术所述涂层由Al(H2PO4)3、Al2O3和CuO组成，采用丝网印刷法涂覆在钛基体表面后，涂膜在900
‑
1000℃下高温发生聚合固化形成；固化后形成共价键和离子键交错连接的连续分布物相,使氧化铜
‑
磷酸盐胶粘剂具有较高的粘接内聚力，可较好地覆着在金属基体表面。运用本专利技术方法制备得到的涂层细度低，附着能力强，无需高温烧制即可获得较高的强度。本专利技术的涂层制备完成后，在950℃下经1100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层，其特征在于，按质量份数计，主要由以下组分组成：45
‑
55份Al(H2PO4)3、30
‑
40份Al2O3和10
‑
20份CuO。2.根据权利要求1所述金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层，其特征在于，所述Al(H2PO4)3溶液由摩尔比为1:2.5
‑
1:3.5的Al(OH)3和H3PO4溶液制备而成；其中所述H3PO4溶液质量分数为90
‑
95％。3.一种权利要求1～2任一项所述金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：1)将金属钛基体超声清洗后，使用SiC砂纸打磨金属表面后再次超声清洗；2)将Al(H2PO4)3溶液、Al2O3和CuO经过充分球磨、搅拌形成涂料；3)将涂料涂覆于基体上形成金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层，加热进行高温固化，保温后随炉冷却，制备完成。4.根据权利要求3所述金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述超声清洗时间为50
‑
65分钟。5.根据权利要求3所述金属钛表面磷酸盐基高温抗腐蚀陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，在超声清洗前20
‑
30分钟使用酒精溶液去除表面污渍，后30

【专利技术属性】
技术研发人员：于放，周萌，徐虎，闫贵海，
申请(专利权)人：珠海市建设安全科学研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：