一种用于马氏体不锈钢表面的涂料、搪瓷复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料技术领域，公开了一种用于马氏体不锈钢表面的涂料、搪瓷复合涂层及其制备方法。该涂料包括搪瓷釉粉、金属镍和分散剂；搪瓷釉粉包括高温釉粉和低温釉粉，高温釉粉包括SiO2、Na2O、Al2O3、K2O、CaO和BaO；低温釉粉包括SiO2、Na2O、CaO、MgO；金属镍的粒径为50

【技术实现步骤摘要】
一种用于马氏体不锈钢表面的涂料、搪瓷复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种用于马氏体不锈钢表面的涂料、搪瓷复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]马氏体不锈钢兼具高温综合力学性能和抗高温氧化性能，在航空及航海工业中被应用于制备高温下服役的发动机叶片、涡轮盘、传动主轴等重要零部件。合金中高含量的Cr在高温下形成Cr2O3或者Fe(Cr2O3)尖晶石薄膜，保证了其抗高温氧化性。然而，对于在海洋环境中运行的燃气轮机，氯化钠盐作为海盐气溶胶与进气一起注入涡轮机，容易形成盐沉积物。由于盐沉积物和燃料燃烧产物、杂质(如SO2和Na2SO4)的存在，马氏体不锈钢的腐蚀速度显著加快。高温防护涂层技术可解决工件高温力学性能与抗高温腐蚀不可兼得的问题，因而在航空、航天、船舶、能源以及兵器等领域有着广泛的应用。
[0003]一般来说，高温防护涂层包含金属涂层、陶瓷涂层和搪瓷涂层三大类。金属涂层如铝化物涂层、改性铝化物涂层或MCrAlY(M＝Fe,Co,Ni及其组合)涂层，依靠其表面生成的致密保护性氧化铝膜来实现对基体的保护。但在复杂的气氛中或有熔盐存在的条件下，该类涂层难以快速生长出完整的氧化铝膜来保护基体。陶瓷涂层虽然具有较低的氧扩散系数，但因其与金属基体之间热物理性能存在较大的差异，且界面结合不良，故而其容易在冷热循环的过程中沿涂层/基体界面剥落，进而丧失对基体的保护作用。搪瓷涂层兼具了金属涂层和陶瓷涂层的优点：(1)其在烧结过程中能与基体发生化学反应进而实现界面的紧密结合，同时也可调整自身成分和析晶过程实现热膨胀系数的大范围调整以匹配基体；(2)依靠自身的化学惰性及内部低的氧迁移率，能有效地将外界腐蚀环境与高温合金隔离。再加上搪瓷涂层具有原料成本低，工艺简单，制备过程不需要真空且对复杂形状的工件适用性好等特点，在提高部件在高温苛刻环境下的服役效率方面，具有不可替代的重要地位。然而，搪瓷的主要构成相是非晶态，且其内部多以共价键的形式键合，导致其自身脆性较大，这是搪瓷最大的缺点。这也使得工件或部件服役于冷热循环的环境中时，搪瓷涂层容易在热应力的作用下粉化剥落。
[0004]此外，搪瓷涂层的增韧一直是业内工作者们研究的重点问题，向脆性材料中加入金属第二相制成金属
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搪瓷复合涂层是一种重要的增韧方法。但是现有增韧性金属搪瓷涂层只能在镍基高温合金和钛合金表面制备，无法直接应用于马氏体不锈钢表面。这是因为一方面，出于耐高温氧化的考虑，马氏体不锈钢中加入了大量的Cr进而使得其热膨胀系数较高远高于镍基高温合金和钛合金，现有的搪瓷体系与之无法适配。另一方面，镍基高温合金和钛合金中碳含量较低，但是耐热钢为了析出M
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C6型碳化物实现沉淀强化，其碳含量在0.1％以上。适用于镍基高温合金和钛合金的搪瓷涂层中的碳在烧成时会被氧化成CO或CO2，为此要尽可能地降低搪瓷涂层的软化温度，使这些气体在烧成时能顺利地排出不至于影响涂层的致密性。现有搪瓷涂层多在900℃以上的温度下烧成，这意味着其搪瓷涂层体系
需要高软化温度、高温黏度，以及低的热膨胀系数。这些特点都不适用于马氏体不锈钢。再者，现有金属搪瓷涂层大多只注重其抗热震性能，其抗热腐蚀性能弱，无法满足实际应用的要求。
[0005]因此，亟需提供一种能够适用于马氏体不锈钢表面的搪瓷复合涂层，且具有良好抗热震性能和抗热腐蚀性能，能够满足冷热循环和高盐环境。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种用于马氏体不锈钢表面的搪瓷复合涂层，且具有良好抗热震性能和抗热腐蚀性能，能够满足冷热循环和高盐环境。
[0007]本专利技术第一方面提供了一种用于马氏体不锈钢表面的涂料。
[0008]具体的，一种用于马氏体不锈钢表面的涂料，包括搪瓷釉粉、金属镍和分散剂；所述搪瓷釉粉包括高温釉粉和低温釉粉，所述高温釉粉包括SiO2、Na2O、Al2O3、K2O、CaO和BaO；所述低温釉粉包括SiO2、Na2O、CaO、MgO；所述金属镍的粒径为50
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500nm。
[0009]优选的，按重量百分数计，所述高温釉粉包括50.0％
‑
60.0％SiO2、5.0％
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6.0％Na2O、26.0％
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30.0％Al2O3、3.0％
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4.0％K2O、4.0％
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6.0％CaO和2.0％
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4.0％BaO；进一步优选的，所述高温釉粉包括50.0％
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55.0％SiO2、5.0％
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5.6％Na2O、29.0％
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30.0％Al2O3、3.0％
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4.0％K2O、4.5％
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5.5％CaO和3.0％
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4.0％BaO；更优选的，所述高温釉粉包括53.0％
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53.6％SiO2、5.2％
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5.4％Na2O、29.7％
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29.9％Al2O3、3.0％
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3.2％K2O、4.9％
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5.1％CaO和3.2％
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3.4％BaO。采用高温釉粉和低温釉粉相结合的方式，能够扩大烧成范围。
[0010]优选的，按重量百分数计，所述低温釉粉包括70.0％
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75.0％SiO2、12.0％
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18.0％Na2O、2.0％
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8.0％CaO、2.0％
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8.0％MgO；进一步优选的，所述低温釉粉包括72.0％
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75.0％SiO2、13.0％
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17.0％Na2O、5.0％
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8.0％CaO、3.0％
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6.0％MgO；更优选的，所述低温釉粉包括73.4％
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73.7％SiO2、15.2％
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15.5％Na2O、6.3％
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6.5％CaO、4.4％
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4.7％MgO。
[0011]优选的，所述高温釉粉与所述低温釉粉的质量比为(0.1
‑
1):1；进一步优选的，所述高温釉粉与所述低温釉粉的质量比为(0.2
‑
0.8):1，优选的，所述高温釉粉与所述低温釉粉的质量比为(0.2
‑
0.5):1。
[0012]优选的，所述金属镍的粒径为50
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300nm；进一步优选的，所述金属镍的粒径为100
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200nm。
[0013]优选的，所述金属镍的质量占所述涂料的质量的1％
‑
15％；进一步优选的，所述金属镍的质量占所述涂料的质量的3％
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12％；更优选的，所述金属镍的质量占所述涂料的质量的5％
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂料，其特征在于，包括搪瓷釉粉、金属镍和分散剂；所述搪瓷釉粉包括高温釉粉和低温釉粉，所述高温釉粉包括SiO2、Na2O、Al2O3、K2O、CaO和BaO；所述低温釉粉包括SiO2、Na2O、CaO、MgO；所述金属镍的粒径为50
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500nm。2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按重量分数计，所述高温釉粉包括50.0％
‑
60.0％SiO2、5.0％
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6.0％Na2O、26.0％
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30.0％Al2O3、3.0％
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4.0％K2O、4.0％
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6.0％CaO和2.0％
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4.0％BaO；所述低温釉粉包括70.0％
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75.0％SiO2、12.0％
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18.0％Na2O、2.0％
‑
8.0％CaO、2.0％
‑
8.0％MgO。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的涂料，其特征在于，所述高温釉粉与所述低温釉粉的质量比为(0.1
‑
1):1。4.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的涂料，其特征在于，所述金属镍的质量占所述涂料的质量的1％
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15％。5.权利要求1
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4中任一项所述的涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈肯，林杰炜，许成昊，谢锦键，李文芳，易爱华，李康，祝闻，廖忠淼，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：