一种耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层及其喷涂工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层及其喷涂工艺，所述的喷涂工艺包括以下步骤，将至少五种可溶性金属盐溶于水，加热至75

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层及其喷涂工艺


[0001]本专利技术属于涂层
，尤其涉及一种耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层及其喷涂工艺。

技术介绍

[0002]高熵陶瓷通常指由五种或五种以上的陶瓷组元组成的固溶体，其特性在于合理设计的高熵系统的性能要优于单个组员的性能，并且在极端温度、压力和化学环境下依然能保持单相，具有良好的稳定性，且腐蚀介质难以在其中扩散。除此之外高熵陶瓷还具有组分调节空间巨大、熵效应独特以及材料性能可调控等优点，因此成为了新的陶瓷材料研究热点。上述优点使得高熵陶瓷在高温隔热、高温防热、抗高温腐蚀和氧化、超硬加工与耐磨涂层、超级电容器等领域有着广阔的应用前景。
[0003]常见的高熵氧化物陶瓷是通过将作为原料的粉体加入球磨机进行混合，将混合后的粉体进行烧结并快速淬火制得的，通过这种方式制得的高熵氧化物陶瓷所需要的反应时间久、产物比例难以准确控制、制备过程中极易引入杂质，因此会产生高温相稳定性较差、热导率不够低等缺点；而部分方式利用共沉淀法预先制备原料原子级别混合的前驱体，降低合成高熵材料所需要的能垒，再以相对较低的温度对前驱体粉末进行烘培，制得高熵氧化物陶瓷，这种方法解决了杂质的引入与高熵相分离等问题，但会导致产物颗粒再烧结困难，使涂层的表面形貌不可控，抗腐蚀性能因此受到影响；同时，上述方法获得的陶瓷涂层需要额外的粘结剂才能依附于被保护金属表面。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中陶瓷涂层各主元混合不充分、高温相稳定性较差、表面微观形貌不可控、热导率不够低等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层及其喷涂工艺，将均相共沉淀法与液相喂料等离子喷涂技术结合，制备出各金属主元原子级混合、表面微观形貌可控的耐磨耐蚀高熵氧化物陶瓷涂层。通过液相喂料等离子喷涂技术与共沉淀法制得的无杂质、高混合度的前驱体粉末可控地喷涂到被保护金属基材上，从而沉积形成表面具有耐磨耐蚀微观形貌的高熵氧化物陶瓷涂层。所得涂层的高熵金属主元高度均匀混合，并且由于涂层微观尺度降至纳米/亚微米级别，不仅显著减小了涂层内孔隙尺度，而且纳米效应也可以提升涂层的综合力学特性，从而改善了涂层的耐磨耐腐蚀性能。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的喷涂工艺，包括以下步骤，
[0007]S1、将至少五种可溶性金属盐溶于水，加热至75
‑
85℃，加入沉淀剂，反应完全后取悬浮液进行抽滤、清洗、烘干，得到前驱体粉末；可溶性金属盐的浓度为0.1
‑
0.4mol/L；
[0008]S2、将S1所述的前驱体粉末分散于溶剂中，经过超声、乳化，得到前驱体悬浮液；所述的前驱体悬浮液的浓度为40
‑
80g/L；
[0009]S3、采用等离子喷涂技术通过等离子喷枪将S2所述的前驱体悬浮液沉积在基体表面，得到所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层；所述等离子喷枪的功率为28
‑
38kW，电流为780
‑
860A，电压为38
‑
42V；喷涂距离为40
‑
200mm；喷涂循环次数为2
‑
50次。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述前驱体粉末为前驱体纳米/亚微米粉末。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述可溶性金属盐为镍盐、钴盐、铜盐、锌盐、铁盐或镁盐。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，各可溶性金属盐的摩尔浓度相同。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，各可溶性金属盐按照原子数相同的比例混合。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述沉淀剂为氨水、碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液中的一种或多种。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，在S1中，所述沉淀剂为氨水，调节pH为6
‑
7。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在S3中，所述液相喂料等离子喷涂技术的参数设置包括：主气气压为0.4
‑
0.8MPa，主气流量为30
‑
70L/min，辅气气压为0.3
‑
0.6MPa，辅气流量为2
‑
50L/min；喷涂距离为70
‑
150mm。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在S3中，所述液相喂料等离子喷涂技术用的主气气体为氩气和/或氮气；辅气气体为氢气或者氦气。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，在S3中，喷涂过程中保持基体的温度为100
‑
300℃。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在S3中，所述基体的材料为氧化铝、不锈钢或镍基合金。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在S3中，所述基体的表面经过喷砂处理，所述基体的厚度为2
‑
50mm。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，还包括对所述基体进行预热，所述预热的温度为150℃
‑
250℃。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，将设定的可溶性金属盐配置为等摩尔浓度溶液，将等量的金属盐溶液混合，搅拌并加热，加入沉淀剂，搅拌得到悬浮液，通过真空抽滤收集沉淀并清洗，放入电箱烘干并获得前驱体粉末。将粉末加入去离子水，通过超声处理与乳化处理制成均匀稳定的悬浮液；利用液相喂料等离子喷涂技术，使粉末在喷涂过程中进入等离子火焰快速升温，并沉积在基体表面后快速降温，获得具有分级多孔表面微观结构的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层。
[0023]本专利技术的第二个目的是提供一种所述的喷涂工艺制备得到的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的喷涂工艺。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的厚度为60
‑
150μm。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层表面具有由纳米尺度结构和微米尺度结构构成的分级多孔微纳结构。
[0026]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0027](1)本专利技术所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层继承了高熵合金材料具有的高熵效应、缓慢扩散效应、晶格畸变效应、元素混合效应的同时，其晶体结构更加多样化，不再是简单且具有局部震动的体心立方或面心立方结构，而是元素分布更加均匀的有序的阴阳
离子亚晶格，且在具有中间亚晶格的晶体中，大量的准等效位将增加阳离子的分布均匀性和构型熵，能够具有更大的材料应用范围与性能调节空间，从而使涂层具有更强的机械性能、更低的热导率，涂层在抗摩擦磨损时具有更高的强度，并且由于其优秀的化学稳定性，涂层在面对化学腐蚀环境时能够具有更好的使用寿命。
[0028](2)本专利技术所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层由于其内部具有丰富的晶格畸变，在被加热时会产生动力学迟滞扩散效应，相分离被抑制，同时由于其各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的喷涂工艺，其特征在于，包括以下步骤，S1、将至少五种可溶性金属盐溶于水，加热至75
‑
85℃，加入沉淀剂，反应完全后取悬浮液进行抽滤、清洗、烘干，得到前驱体粉末；可溶性金属盐的浓度为0.1
‑
0.4mol/L；S2、将S1所述的前驱体粉末分散于溶剂中，经过超声、乳化，得到前驱体悬浮液；所述的前驱体悬浮液的浓度为40
‑
80g/L；S3、采用等离子喷涂技术通过等离子喷枪将S2所述的前驱体悬浮液沉积在基体表面，得到所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层；所述等离子喷枪的功率为28
‑
38kW，电流为780
‑
860A，电压为38
‑
42V；喷涂距离为40
‑
200mm；喷涂循环次数为2
‑
50次；液料流量5
‑
50mL/min。2.根据权利要求1所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的喷涂工艺，其特征在于，在S1中，所述可溶性金属盐为镍盐、钴盐、铜盐、锌盐、铁盐或镁盐。3.根据权利要求1所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的喷涂工艺，其特征在于，在S1中，所述沉淀剂为氨水、碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的耐磨耐腐蚀高熵氧化物陶瓷涂层的喷涂工艺，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞泽新，许振宁，桂珑恩，王博通，谢迎春，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：