[发明专利]热喷涂用抗海水腐蚀磨损和生物污损的复合陶瓷粉及制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热喷涂的表面工程的材料，特别是涉及用于热喷涂工艺的团聚型抗海水腐蚀磨损和生物污损的复合陶瓷粉及制备方法。

背景技术

在21世纪，随着人们对海洋领域的能源开发和活动范围的扩大，越来越多的往复运动件开始应用于海洋环境下，但海水的腐蚀性、微生物污损等对海水工作环境下的器件都产生很大影响。应用热喷涂技术在金属基体上喷涂一层复合陶瓷涂层，既克服了金属耐海水腐蚀性差和陶瓷脆性大的缺点，又可以充分发挥金属的刚性和陶瓷的优良耐腐蚀磨损性。陶瓷涂层的高硬度、高刚度、高弹性模量，使陶瓷涂层具有优异的耐磨损、耐腐蚀、抗气蚀等性能；通过改进原料和细化工艺可以制备致密的陶瓷涂层，减少孔隙率，更适合在海水环境中工作；氧化物类陶瓷材料由于极化作用容易吸附水膜，能大大降低往复运动器件的摩擦系数；陶瓷涂层中少量的孔隙，是很好的储水结构，在往复运动中能保持水润滑膜的延续存在。

但陶瓷涂层应用于海水环境中需要着重解决以下几个问题：

①结合强度。因为往复运动件不仅承受很高的接触应力，还会承受一定程度的振动冲击，如果结合强度低，往往出现涂层脱落或剥离。

②基体材料与涂层材料的适配性。主要是配对材料的线膨胀系数和导热系数是否相近，相差太大则往复工作件受到热冲击时会在结合界面上产生热应力。

③致密性。等离子喷涂是将在熔融状态下呈微小液滴状的陶瓷粉末以极高的速度击打到基体表面上，成为薄饼状，层层累积叠加的过程，因此涂层形成过程中产生许多微小的气孔，许多气孔互相连接形成细小的通道，当涂层较薄时，常不可避免地存在从涂层表面到结合面的通道，在具有腐蚀性的水中出现界面层的腐蚀，削弱结合强度甚至引起局部剥离。

④涂层内各种组织缺陷的控制，如夹杂，微观裂纹等。

⑤与水工作介质的适应性难题。水特别是海水的腐蚀性强，海水中包含了大量的有机物、微生物、金属和非金属离子，氯离子含量大，海水是天然的电解质。

有资料显示，SiC、Si₃N₄、Sialon、Al₂O₃等均适于作海水环境下往复运动材料，但是因为SiC、Si₃N₄在等离子喷涂过程中存在严重的氧化，不能保证涂层的成分，故并不适合于热喷涂，只能考虑气相沉积或激光重熔，如果采用非热喷涂的其它工艺制备陶瓷涂层，会使生产成本大幅提高，无法规模化应用。Sialon是Si₃N₄中加入Al₂O₃，在烧结过程中Al₂O₃固溶于Si₃N₄形成的，只能考虑制做整体元件，采用单一陶瓷材料制备往复运动件无法克服陶瓷材料固有缺陷。日本DSRV海水泵缸体孔内衬陶瓷用Al₂O₃等离子喷涂；川崎重工海水柱塞泵的柱塞是不锈钢表面熔注陶瓷；国内研究单位如浙江大学流体传动及控制国家重点实验室采用Al₂O₃+13％TiO₂制备陶瓷涂层工作元件，虽然在动力学性能基本达到要求，但在防止水中微生物污损和抗海水腐蚀磨损性能要求上差强人意，其应用于实际工作的耐久性还有待完善。国内外海水环境下陶瓷涂层工作元件多选用氧化物陶瓷粉末，但其陶瓷粉末的选用和复合陶瓷粉间各组分的比例多有偏失，同时未添加任何有效的防止水中微生物污损的成分；即使部分添加了抗生物污损成分，但其添加的抗污损成分可能污染环境。因此给海水环境中的陶瓷涂层往复运动件的制备原料的研究应用提出了新的课题和任务。本专利正是通过在合理选择抗海水腐蚀磨损原料的基础上，微量添加对环境无危害的抗生物污损的组分解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种热喷涂用抗海水腐蚀磨损和生物污损的复合陶瓷粉及制备方法，该复合陶瓷粉是一种有别于制备传统陶瓷涂层使用的陶瓷粉末，具有显著的抗生物污损和耐海水腐蚀磨损的性能，适于等离子喷涂或火焰喷涂工艺，同时该复合陶瓷粉制备工艺简单、成本低和利于工业化生产。