本发明专利技术公开了一种金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层，其特征在于化学组成按质量百分比计为0.1-2.0％MgO和98.0-99.9％Al2O3，相组成为单一α-Al2O3相，α-Al2O3晶粒尺寸小于100纳米。制备方法采用以下步骤：1)将一水氧化铝、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水搅拌混合形成均匀的悬浊液，然后调整PH值在2-4之间，并搅拌得到均匀的氢氧化铝水溶胶；2)将金属材料工件表面清洗干净；3)将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在60℃以下烘干；4)重复步骤3直到所要求涂层的厚度；5)将涂有溶胶涂层的工件进行热处理。采用该方法制备的Al2O3陶瓷涂层，工艺简单，原料和生产成本低，涂层致密，与基体的结合力好，且为单一的α-Al2O3纳米晶，因此韧性好、硬度高，对金属基体的保护作用好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层及其制备方法，属于金属表面处理
技术介绍
α-Al2O3陶瓷属于超硬材料，不仅硬度高、耐磨性好、摩擦系数低，还具有较高的红硬性，化学稳定性和良好的导热与热稳定性，具有极其广泛的价值。但α-Al2O3陶瓷本身质脆，无法直接作为工程构件使用。金属材料的强度高、韧性好，但硬度低，耐磨性、耐蚀性和热稳定性不如α-Al2O3陶瓷。将α-Al2O3陶瓷涂覆在金属材料表面做成防护涂层可以取长补短，在工业领域受到广泛重视。α -Al2O3涂层可用多种方法制备，如磁控溅射、离子镀、反应蒸发沉积、离子束辅助沉积等。但这些方法操作都比较复杂，且成本很高，很难工业规模使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能克服上述缺陷、工作性能优良的金属表面防护用Al2O3 陶瓷涂层及其制备方法。其技术方案为一种金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层，其特征在于化学组成按质量百分比计为 0. 1-2. 0% MgO和 98. 0-99. 9% Al2O3，相组成为单一 α -Al2O3相，α -Al2O3 晶粒尺寸小于 100 纳米。所述的金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层的制备方法，其特征在于采用以下步骤1)将一水氧化铝(Al2O3 · H2O)、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比 1 0.01-0. 05 0. 003-0. 06 6_15搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值在2-4之间，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；幻将金属材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在60°C以下烘干；4)重复步骤3直到所要求涂层的厚度；5)将涂有溶胶涂层的工件放入保护气氛炉或真空炉内以低于 IO0C /min的加热速度加热到1050-1300°C，保持2-60min，然后炉冷。所述的金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层的制备方法，步骤5)采用保护气氛炉加热工件时，所用的气氛为氮气或氩气。所述的金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层的制备方法，步骤5)采用真空炉加热工件时，炉内的真空度小于201^。本专利技术与现有技术相比，其优点是1、组成中添加了少量的MgO，提高了涂层的致密度，减小了涂层中α -Al2O3晶粒尺寸，使α -Al2O3晶粒尺寸控制在IOOnm以下；2、制备过程中添加了少量的α-Al2O3粉，促进了涂层在烧结过程中α-Al2O3的形成，降低α -Al2O3的形成温度，使涂层在1050-1300°C之间烧结就能得到单一的α -Al2O3 相；3、采用该方法制备的Al2O3陶瓷涂层，工艺简单，原料和生产成本低，涂层致密，与基体的结合力好，且为单一的α -Al2O3纳米晶，因此韧性好、硬度高，对金属基体的保护作用好。附图说明图1本专利技术制备的α -Al2O3纳米陶瓷涂层实施例的表面形貌；图2本专利技术制备的α -Al2O3纳米陶瓷涂层实施例的Χ_射线衍射谱。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1在不锈钢材料工件表面制备α -Al2O3纳米陶瓷涂层的方法如下1)将一水氧化铝、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1 0.01 0. 003 6搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值为2，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；幻将不锈钢材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在60°C 烘干；4)重复步骤3五次，涂层厚度约30 μ mj)将涂有溶胶涂层的工件放入氮气保护的气氛炉内以10°C /min的加热速度加热到1050°C，保持60min，然后炉冷。实施例2在耐热钢材料工件表面制备α -Al2O3纳米陶瓷涂层的方法如下1)将一水氧化铝、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1 0.02 0. 005 15搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值为3，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；幻将耐热钢材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在50°C 烘干；4)重复步骤3 二十次，涂层厚度约140 μ mj)将涂有溶胶涂层的工件放入氩气保护的气氛炉内以5°C /min的加热速度加热到1100°C，保持50min，然后炉冷。实施例3在不锈钢材料工件表面制备α -Al2O3纳米陶瓷涂层的方法如下1)将一水氧化铝 (Al2O3 · H2O)、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1 0. 03 0. 06 10搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值为4，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；2)将不锈钢材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在40°C烘干；4)重复步骤3十五次，涂层厚度约90 μ mj)将涂有溶胶涂层的工件放入真空炉内以10°C /min的加热速度加热到1200°C，保持30min，然后炉冷，真空炉内的真空度小于20Pa。实施例4在耐热钢材料工件表面制备α -Al2O3纳米陶瓷涂层的方法如下1)将一水氧化铝、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1 0.04 0. 06 12搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值为3. 5，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；幻将耐热钢材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在60°C 烘干；4)重复步骤3十次，涂层厚度约60 μ mj)将涂有溶胶涂层的工件放入氮气保护的气氛炉内以10°C /min的加热速度加热到1250°C，保持15min，然后炉冷。实施例5在耐热钢材料工件表面制备α -Al2O3纳米陶瓷涂层的方法如下1)将一水氧化铝、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1 0.05 0. 004 8搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值为2. 5，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；幻将耐热钢材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在50°C 烘干；4)重复步骤3三十次，涂层厚度约275 μ mj)将涂有溶胶涂层的工件放入氩气保护的气氛炉内以5°C /min的加热速度加热到1300°C，保持2min，然后炉冷。实施例6在不锈钢材料工件表面制备α -Al2O3纳米陶瓷涂层的方法如下1)将一水氧化铝、α-Al2O3纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1 0.03 0. 005 10搅拌混合形成均勻的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值为3，并搅拌得到均勻的氢氧化铝水溶胶；幻将不锈钢材料工件表面清洗干净；幻将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在30°C 烘干；4)重复步骤3 二十五次，涂层厚度约200 μ mj)将涂有溶胶涂层的工件放入真空炉内以10°C /min的加热速度加热到1200°C，保持30min，然后炉冷，真空炉内的真空度小于 20Pao采用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪分析涂层的表面形貌和结构。图1是实施例4制备的涂层在扫描电子显微镜下观察到表面形貌，图2是实施例4制备的涂层的X射线衍射谱。从图中可以看出制备的涂层为单一的α-Al2O3陶瓷相，结构致密，晶粒尺寸小于 lOOnm。可见所制备的涂层本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：殷凤仕，周丽，薛冰，姜学波，田丽倩，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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