[发明专利]嵌入六铝酸盐的氧化铝复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种嵌入六铝酸盐的氧化铝复合涂层，其特征在于：该复合涂层的厚度为1~8 μm，该复合涂层中六铝酸盐的含量为5%~60%，氧化铝的含量为40%~95%，其化学通式是： A_1-xB_xC_y-zD_zAl_12-yO₁₉-Al₂O₃，其中0≤x≤1，0≤z≤y≤3，A和B分别代表La³⁺、Ce³⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺中的一种；C和D分别代表Cr³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺和Co²⁺中的一种。

2.一种制备权利要求1所述的嵌入六铝酸盐的氧化铝复合涂层的方法，其特征在于包括以下过程：

1）结构材料预处理

将结构材料为厚度在0.01~1mm的各种形状的铁基、镍基、钴基、钛基、铊基、铌基或钨基的合金薄片，先用砂纸打磨以除去表面脏物和增加粗糙度，而后分别放在丙酮溶剂和去离子水中超声清洗10~120min，洗净后放入100 g·L^-1H₂SO₄和100 g·L^-1NaCl按照体积比为1：1配制的混合液中，在25℃~90℃下酸洗1~10min，再用去离子水洗净，置于50~150℃的烘箱中干燥0.5~6h，随后以升温速率1~20℃·min^-1升温至900~1300℃下煅烧2~10h，随炉冷却至室温取出备用；

或者将结构材料为蜂窝堇青石，置于质量分数为20%的硝酸或质量分数为50%的草酸中，在25~90℃下处理0.5~2h后用去离子水超声清洗，随后放入60~150℃烘箱中干燥过夜，置于干燥器中冷却备用；

2）氧化铝溶胶制备

将去离子水与拟薄水铝石按质量比为7~23：1混合，搅拌1h后，滴加浓度为1mol·L^-1的与去离子水体积比为0.1~0.5：1的硝酸溶液后继续搅拌3~7h，得到氧化铝溶胶；

或将去离子水与异丙醇铝按质量比为60~120：1混合后，加热温度至50~100℃，用浓度为1mol·L^-1稀硝酸调节pH为3.5~ 4.5，搅拌，然后封闭系统，在冷凝回流条件下继续搅拌7~13h，室温老化12~36h，得到氧化铝溶胶；

或将去离子水与硝酸铝按质量比为0.3~3：1混合，在室温搅拌下滴加0.5~1.5mol·L^-1的氨水，调节pH为7.8~9.2得到沉淀物，对沉淀物洗涤过滤以去除其中的NO₃^-离子，再将滤饼分散在去离子水中，并在50~80℃时滴加0.5~1.5mol·L^-1的硝酸调节至pH至3~4，在85℃密封老化10~24h，得到氧化铝溶胶；

3）结构材料涂覆氧化铝

将步骤1）中经过预处理的金属结构材料或堇青石结构材料浸没在步骤2）中制备的一种氧化铝溶胶中 2~10min取出，吹掉表面残留的过剩氧化铝溶胶，然后将其置于100~150℃烘箱中干燥1~6h，并于马弗炉中以1~20℃·min^-1的升温速率升到500~700℃焙烧0.5~3h，随炉温冷却至室温，再将结构材料浸于氧化铝溶胶中依次按照取出、吹干、干燥、焙烧的过程重复进行2~5次，直至氧化铝在结构材料上的负载量达到结构材料自身重量的0.5~3%；

4）反应液配制

依据六铝酸盐的通式为A_1-xB_xC_y-zD_zAl_12-yO₁₉，其中0≤x≤1，0≤z≤y≤3，A和B分别代表La³⁺、Ce³⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺中的任何一种；C和D分别代表Cr³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺和Co²⁺中的任何一种；按照[C +D]与[A +B]的摩尔比为0~3：1的比例称取相应的金属盐，称取摩尔数为6倍总金属离子摩尔数的硝酸铵，将金属盐和硝酸铵溶解于去离子水中，配成总金属离子浓度为0.01~1.2mol·L^-1的混合盐溶液，在搅拌下向该溶液中滴加质量浓度为0.1~9.0%的碱液直至pH值达到5~10，所述碱液为氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠或氢氧化钾中的任何一种；

5）六铝酸盐原位生长

将步骤3）制得的涂有氧化铝涂层的结构材料放置于步骤4）所制的反应溶液中，在25~150℃下反应2~72h，取出结构材料，用去离子水或pH为7的硝酸铵洗液清洗后，在50~150℃的烘箱中干燥24h，而后在马弗炉中以1~10℃·min^-1升温速率升温至900~1300℃煅烧2~10h，在金属或堇青石的结构材料上得到嵌入六铝酸盐的氧化铝复合涂层。