[发明专利]在钢板表面制备厚氧化铝陶瓷涂层的静态自蔓延法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用静态自蔓延法在钢板表面制备厚氧化铝陶瓷涂层的方法。属于表面涂层制备技术领域。

背景技术

在国防和民用工业生产中，常常要面对高温、高压、腐蚀、磨损等恶劣工作环境。普通钢板已难以具备优良高温、耐磨、耐腐蚀性等。在钢板表面制备陶瓷涂层，已成为提高钢板表面性能的一种常用方法。目前，在钢板表面制备涂层主要采用各种热喷涂技术：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和反应喷涂等，但此些方法制备的涂层由于本身热膨胀系数与钢基体之间的热膨胀系数相差较大，在升降温过程中产生的残余应力会破坏涂层和钢基体之间的结合，从而造成涂层失效。一般不超过毫米级，无法满足钢板对性能较好的厚涂层的需求，从而制约了涂层钢板的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种在钢板表面制备厚陶瓷涂层的方法，以克服单纯喷涂法制备涂层厚度不够，与基体结合强度不佳，喷涂效率低等弱点。

本发明的目的是这样实现的：一种在钢板表面制备厚氧化铝陶瓷涂层的静态自蔓延法，所述方法包括以下工艺步骤：

步骤一、钢板表面预处理

取两块相同大小的钢板，表面除锈、去油和喷砂粗糙化；

步骤二、打底层处理

用火焰粉末喷枪在钢板喷砂粗糙面喷涂碳化钛加镍包铝粉末打底层，两者重量比为碳化钛:镍包铝粉末=2:8；

步骤三、制备厚氧化铝涂层

将经打底处理的两块钢板，喷砂打底的粗糙面间隔一定距离对放，由两块钢板和两块耐火砖构成一个半封闭的反应室，反应室下端留一限流孔，用石棉封堵限流孔，反应室中装铝热焊剂和占铝热焊剂重量8-10%wt的硅线石，将其点燃后按Fe₂O₃+2Al=2Fe+Al₂O₃式发生自蔓延反应，反应热烧穿石棉，铁水缓慢从限流孔流出，氧化铝则挂在所述钢板表面，最终在所述钢板上得到厚氧化铝涂层。

本发明的有益效果是：

此法是综合利用静态自蔓延法和热喷涂法在钢表面制备厚氧化铝陶瓷涂层，不仅制造方法简单，原料廉价，涂层厚度厚，与基体结合强度佳，而且由于自蔓延反应无需外界热源，一次性生成涂层快速，喷涂效率高，所以该方法还具有节省能源、环保高效的特点。用该方法制备涂层后，还可自我保温和缓冷，减轻涂层的热应力，改善涂层性能。硅线石高温下转变成莫来石，并伴随一定量的体积膨胀。该成分的加入将提高涂层的致密性能。

附图说明

图1为本发明方法所采用的反应装置的正视图。

图2为本发明方法所采用的反应装置的竖剖图。

图3为图2的俯视图。

图4为本发明所采用的网纹钢板示意图。

图中附图标记：

钢板1、耐火砖2、限流孔3、反应方向4、氧化铝涂层5、铝热焊剂6。

具体实施方式

本发明涉及一种在钢板表面制备厚氧化铝陶瓷涂层的静态自蔓延法，所述方法包括以下工艺步骤：

步骤一、钢板表面预处理

取两块相同大小的钢板，用热喷涂预处理方法进行表面除锈、去油和喷砂粗糙化；

步骤二、打底层处理

用火焰粉末喷枪在钢板喷砂粗糙面喷涂碳化钛加镍包铝粉末打底层，两者重量比为碳化钛:镍包铝粉末=2:8，实现基体与陶瓷涂层间热膨胀系数的梯度过渡；

步骤三、制备厚氧化铝涂层

如图1、2、3所示，将经打底处理的两块钢板，喷砂打底的粗糙面间隔一定距离对放，由两块钢板和两块耐火砖构成一个半封闭的反应室，用封箱泥封堵缝隙，反应室下端留一限流孔，用石棉封堵限流孔，反应室中装铝热焊剂和占铝热焊剂重量8-10%wt的硅线石，将其点燃后按Fe₂O₃+2Al=2Fe+Al₂O₃式发生自蔓延反应，反应热烧穿石棉，铁水缓慢从限流孔流出，氧化铝则挂在所述钢板表面，最终在所述钢板上得到厚氧化铝涂层。冷却后得到高品质毫米级氧化铝陶瓷涂层。通过增加添加剂改变铝热焊剂成分，可满足不同使用性能的要求。

采用该方法制备的氧化铝陶瓷涂层较厚，致密、耐磨、耐腐蚀、耐高温性能较为良好，适用于在恶劣工况条件下工作的零件，如风机叶片、导流板、耐磨板等。同时为提高涂层与基体结合强度，也可在如图4所示的网纹钢板上用此法操作，得到的涂层与基体结合强度更为理想。