專利名稱：利用反應噴涂制備氧化鋁基陶瓷涂層的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于表面處理技術領域，特別涉及一種工藝相對簡單、成本相對較低、應用范圍廣的陶瓷涂層制備技術。
表面陶瓷涂層技術在提供具有高性能表面方面發(fā)揮著日益顯著的作用。氧化鋁是常用的氧化物陶瓷涂層材料。氧化鋁的種類有很多種，其中以α-Al2O3的綜合性能最佳。α-Al2O3又稱剛玉，是惰性化合物，具有最堅固和最致密的晶格，莫氏硬度達9，它的化學性質(zhì)也最穩(wěn)定，即使在高溫下也很難與酸和堿反應，因而耐腐蝕性能優(yōu)異。α-Al2O3在自然界比較少見，它是各種氧化鋁水合物加熱時的最終產(chǎn)物。由于α-Al2O3陶瓷的熔點高，化學穩(wěn)定性好，且具有優(yōu)良的耐磨、耐高溫、耐蝕等性能，其應用范圍很廣，但α-Al2O3的成本較高。
目前現(xiàn)有的制備α-Al2O3氧化鋁基陶瓷涂層的方法主要是熱噴涂技術，其中應用較多的是等離子噴涂技術和火焰粉末噴涂技術。等離子噴涂技術是以電弧放電產(chǎn)生的等離子作為熱源，噴槍噴嘴處通?？梢垣@得18000攝氏度的高溫，令噴涂粉末熔化或軟化，并在等離子焰流加速下吹向工件表面形成與基體結(jié)合良好的涂層。等離子噴涂工藝設備及配套設施昂貴復雜，涂層制備成本高，而且對操作人員的要求也很高?；鹧娣勰﹪娡渴且砸欢ǖ目扇細怏w作為熱源，將粉末加熱后，在高速氣流作用下，將粉末噴涂于工件表面形成涂層，噴槍噴嘴處通常可以獲得3000攝氏度左右的高溫。與等離子噴涂技術相比，火焰粉末噴涂得到的氧化鋁陶瓷涂層綜合性能較差，但由于設備及工藝相對簡單，噴涂成本低，而且有可能實現(xiàn)在實際工況條件下的現(xiàn)場制備氧化鋁陶瓷涂層，因而也具有相當廣闊的應用范圍。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，利用火焰粉末反應噴涂方法，采用主要成分為一水硬鋁石的混合粉末作為噴涂材料，在金屬基體上制備氧化鋁基陶瓷涂層，使其具有設備及工藝相對簡單，噴涂成本低，噴涂材料來源廣泛，價格低廉的優(yōu)點。
本發(fā)明提出的一種利用反應噴涂制備氧化鋁基陶瓷涂層的方法，其特征在于采用一水硬鋁石粉末作為噴涂材料，利用火焰粉末噴涂的方法，在金屬及其合金表面制備氧化鋁基陶瓷涂層。
所說的一水硬鋁石粉末可采用一水硬鋁石礦經(jīng)粉碎過篩制成粉末，再用酸溶液清洗去除雜質(zhì)，并在爐中烘干制成。
所說的噴涂材料也可是以一水硬鋁石為主要成分加以二氧化鈦、二氧化鈰、磷酸鋁中的一種或多種為配料的混合粉末，其中所述混合粉末的成分范圍為以配制1000克混合粉末為例二氧化鈦TiO20-150克二氧化鈰CeO20-20克磷酸鋁AlPO40-30克一水硬鋁石β-AlOOH補足余量。
本發(fā)明的方法可具體包括以下步驟1)對所需噴涂的金屬或合金工件表面進行噴丸處理；2)用火焰粉末噴涂的方法在經(jīng)噴丸處理后的工件表面噴涂一層鎳包鋁底層，厚度小于0.1mm；3)將上述噴涂材料用火焰粉末噴涂的方法噴涂在工件表面上，厚度小于0.7mm。
本發(fā)明的原理是利用一水硬鋁石在一定溫度條件下的熱分解反應，制備氧化鋁基陶瓷涂層。一水硬鋁石(β-AlOOH)是常見的氧化鋁水合物，在我國已探明的鋁土礦儲量中，一水硬鋁石型鋁土礦儲量占全國總儲量的98.46％，因而原料易取，且價格低廉。一水硬鋁石在大氣中加熱到400℃時，可直接分解為α-Al2O3。在各種氧化鋁水合物中，一水硬鋁石向α-Al2O3的轉(zhuǎn)變溫度最低的。在較低溫度下焙燒一水硬鋁石時，生成結(jié)晶不好的α-Al2O3，其晶格處于一種尚未完善的過渡狀態(tài)，化學活性要比一般α-Al2O3和焙燒前的一水硬鋁石高得多。但隨著焙燒溫度的提高以及時間的延長，α-Al2O3的晶格愈趨完善，其化學活性急劇降低。將主要含一水硬鋁石的混合粉末作為噴涂材料，利用火焰粉末噴涂的方法，在噴涂過程中一水硬鋁石受熱分解生成以α-Al2O3為主的氧化鋁材料，在工件表面形成氧化鋁基陶瓷涂層。
本發(fā)明的特點在于1、保留了火焰粉末噴涂方法設備及工藝相對簡單，噴涂成本低的特點；2、采用一水硬鋁石(β-AlOOH)粉末作為噴涂原料，成本低于常規(guī)的直接采用α-Al2O3粉末的火焰粉末噴涂工藝；3、一水硬鋁石在噴涂過程中經(jīng)歷了如下過程一水硬鋁石(化學活性低)→生成結(jié)晶不好的α-Al2O3(品格未完善，化學活性高)→α-Al2O3的晶格趨完善(化學活性急劇降低)。
由于噴涂粉末經(jīng)歷了一個化學活性高的階段，粉末顆粒之間及粉末與基體材料之間將形成更為良好的結(jié)合，因此涂層性能也將獲得提高。
實施例11、將一水硬鋁石礦粉碎過篩制成粉末；2、將上述一水硬鋁石粉末用鹽酸溶液清洗去除雜質(zhì)，并在爐中烘干；3、按照下述比例配制混合粉末二氧化鈦TiO2120克二氧化鈰CeO25克磷酸鋁AlPO410克一水硬鋁石β-AlOOH 865克4、對所需噴涂的鋼45試件表面進行噴丸處理；5、用氧-乙炔火焰粉末噴涂的方法在經(jīng)噴丸處理后的工件表面噴涂一層鎳包鋁底層，厚度為0.1mm；6、將上述配制的混合粉末用氧-乙炔火焰粉末噴涂的方法噴涂在工件表面上，所得涂層厚度為0.5mm，外觀顏色為暗灰色，X射線衍射結(jié)果表明涂層主要成分為氧化鋁。
實施例21、將一水硬鋁石礦粉碎過篩制成粉末；2、將上述一水硬鋁石粉末用鹽酸溶液清洗去除雜質(zhì)，并在爐中烘干；3、按照下述比例配制混合粉末二氧化鈰CeO21克磷酸鋁AlPO42克一水硬鋁石β-AlOOH 997克4、對所需噴涂的鋼45試件表面進行噴丸處理；5、用氧-乙炔火焰粉末噴涂的方法在經(jīng)噴丸處理后的工件表面噴涂一層鎳包鋁底層，厚度為0.1mm；噴涂參數(shù)為6、將上述配制的混合粉末用氧-乙炔火焰粉末噴涂的方法噴涂在工件表面上，所得涂層厚度為0.2mm，外觀顏色為淡乳白色，X射線衍射結(jié)果表明涂層主要成分為氧化鋁。
實施例31、將一水硬鋁石礦粉碎過篩制成粉末；2、將上述一水硬鋁石粉末用鹽酸溶液清洗去除雜質(zhì)，并在爐中烘干；3、將上述配制的混合粉末用氧-乙炔火焰粉末噴涂的方法噴涂在工件表面上，所得涂層厚度為0.4mm，所得外觀顏色為白色的粉末，X射線衍射結(jié)果表明粉末為氧化鋁。
權利要求
1.一種利用反應噴涂制備氧化鋁基陶瓷涂層的方法，其特征在于采用一水硬鋁石粉末作為噴涂材料，利用火焰粉末噴涂的方法，在金屬及其合金表面制備氧化鋁基陶瓷涂層。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，所說的一水硬鋁石粉末是采用一水硬鋁石礦經(jīng)粉碎過篩制成粉末，再用酸溶液清洗去除雜質(zhì)，并在爐中烘干制成。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，所說的噴涂材料是以一水硬鋁石為主要成分加以二氧化鈦、二氧化鈰、磷酸鋁中的一種或多種為配料的混合粉末，其中所述混合粉末的成分范圍為以配制1000克混合粉末為例二氧化鈦TiO20-150克二氧化鈰CeO20-20克磷酸鋁AlPO40-30克一水硬鋁石β-AlOOH 補足余量。
4.按照權利要求l、2或3的方法，其特征在于，具體包括以下步驟1)對所需噴涂的金屬或合金工件表面進行噴丸處理；2)用火焰粉末噴涂的方法在經(jīng)噴丸處理后的工件表面噴涂一層鎳包鋁底層，厚度小于0.1mm；3)將所說的噴涂材料用火焰粉末噴涂的方法噴涂在工件表面上，厚度小于0.7mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面處理技術領域,采用一水硬鋁石粉末作為噴涂材料,或是以一水硬鋁石為主要成分加以二氧化鈦、二氧化鈰、磷酸鋁中的一種或多種為配料的混合粉末作為噴涂材料,利用火焰粉末噴涂的方法,在金屬及其合金表面制備氧化鋁基陶瓷涂層。采用主要成分為一水硬鋁石的混合粉末作為噴涂材料,在金屬基體上制備氧化鋁基陶瓷涂層。具有噴涂設備及工藝相對簡單,噴涂成本低,涂層性能優(yōu)良,噴涂材料來源廣泛,價格低廉的優(yōu)點。
文檔編號C23C4/02GK1306097SQ0010050
公開日2001年8月1日 申請日期2000年1月20日 優(yōu)先權日2000年1月20日
發(fā)明者邵天敏, 李浩群 申請人:清華大學