[发明专利]在易氧化金属表面涂覆的溶胶－凝胶方法

说明书

本发明涉及一种在易氧化金属表面涂覆的溶胶-凝胶方法，属于金属材料保护领域。

通过溶胶-凝胶方法在金属表面涂覆陶瓷涂层，以抵抗介质(酸、碱、盐、气氛)对金属基体的腐蚀和氧化，国外已进行了一定程度的研究和开发。对金属基板保护使用的涂层有Al₂O₃等(参见《固态薄膜》1999年349卷186-190页)，在一定条件下，溶胶-凝胶方法涂覆的保护性涂层可以提高金属耐腐蚀、抗氧化能力达2～8倍，因此，延长了材料的使用寿命，进而带来了极大的经济效益。

但是，上述溶胶-凝胶方法只适用于本身具有耐氧化性质的不锈钢、镍基合金等金属材料，对于易氧化的碳钢、低合金钢、铜等金属则不适用。因为涂层需进行热处理，而在热处理期间，基体会发生氧化，导致涂层不连续、不粘附、易脱落。

本发明的目的是提出一种在易氧化金属表面涂覆的溶胶-凝胶方法，采用溶胶-凝胶方法在易氧化金属基材上涂覆具有优异表面质量和高的结合强度的无机涂层，进而提高金属的耐腐蚀、抗氧化能力。

本发明提出的在易氧化金属表面涂覆的溶胶-凝胶方法，包括以下各步骤：：

(1)对易氧化金属基材(包括碳钢、低合金钢、铜等)进行清洗、去污。清洗工序为：丙酮中超声清洗15min，然后用蒸馏水超声清洗15min，再用乙醇冲洗，最后用干燥吹风机快速干燥。

(2)在金属基板上均匀涂覆0．1～1μm厚度的硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶、锆溶胶或复合溶胶。

(3)在室温、大气下干燥1h后，将已涂覆有溶胶的易氧化金属基材置于真空或气氛(氢气、氮气及氩气等惰性气体)保护炉中，以不大于40℃／min速率升温至400～1000℃，保温1～6h，进行热处理，然后随炉冷却至室温，即完成对金属表面的涂覆。

采用本发明的工艺方法能在易氧化金属基板上涂覆光滑、致密、无裂纹的具有高表面质量的涂层，该涂层与基体有高的结合强度，能显著提高金属基体的耐腐蚀、抗氧化性。

本发明的内容：本发明充分利用溶胶-凝胶方法是以金属醇盐为前驱物的特性，这些前驱物本身就含有足够的氧原子，在没有大气中的氧参与下，热处理时，前驱物中所含有的氧原子能够直接与金属原子结合，生成所期待的氧化物涂层，从而在易氧化金属表面，形成致密、均匀的无机涂层。因此，本发明对易氧化金属，采用在无氧气氛中(真空或氢气、氮气及氩气等惰性气体保护)进行热处理，可以得到期待的无机氧化物涂层。

实施例一：

对易氧化低合金钢板进行清洗、去污，清洗工序为：丙酮中超声清洗15min，然后用蒸馏水超声清洗15min，再用乙醇冲洗，最后用干燥吹风机快速干燥。

在低合金钢表面涂覆1μm厚度SiO₂溶胶。将涂覆有SiO₂溶胶的低合金钢基材置于氮气氛保护炉中，以5℃／min速率升温至400℃，保温6h，进行热处理，然后随炉冷却至室温。得到涂覆于低合金钢基板上的SiO₂涂层。

氮气氛保护热处理后，低合金钢表面涂覆的SiO₂涂层光滑、致密、无裂纹，涂层与基体结合强度达到40Mpa，耐腐蚀和抗氧化性能与未涂覆基体相比分别提高8．7和6．8倍。

实施例二：

对易氧化铜板进行清洗、去污，清洗工序为：丙酮中超声清洗15min，然后用蒸馏水超声清洗15min，再用乙醇冲洗，最后用干燥吹风机快速干燥。

在铜板表面涂覆0．8μm厚度Al₂O₃溶胶。将涂覆有Al₂O₃溶胶的铜基材置于氩气氛保护炉中，以10℃／min速率升温至500℃，保温5h，进行热处理，然后随炉冷却至室温。得到涂覆于铜基板上的Al₂O₃涂层。

氩气氛保护热处理后，铜表面涂覆的Al₂0₃涂层光滑、致密、无裂纹，涂层与基体结合强度达到28Mpa，耐腐蚀和抗氧化性能与未涂覆基体相比分别提高3．3和4．1倍。

实施例三：

对易氧化碳钢板进行清洗、去污，清洗工序为：丙酮中超声清洗15min，然后用蒸馏水超声清洗15min，再用乙醇冲洗，最后用干燥吹风机快速干燥。

在碳钢表面涂覆0．6μm厚度ZrO₂溶胶。将涂覆有ZrO₂溶胶的碳钢基材置于真空保护炉中，以15℃／min速率升温至600℃，保温4h，进行热处理，然后随炉冷却至室温。得到涂覆于碳钢基板上的ZrO₂涂层。