[发明专利]金属氧化物基无机复合材料涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及对金属材料的镀覆，具体地说是金属氧化物基无机复合材料涂层的制备方法。

背景技术

无机材料涂层是用作为耐磨、耐蚀和耐高温涂层的首选材料。其中，金属氧化物基无机材料涂层是应用最广泛的一大类涂层材料，比如氧化铝基、氧化钛基、氧化锆基或氧化硅基无机材料涂层被广泛作为涂层材料用来提高整体材料的表面性能。然而，由于金属氧化物陶瓷材料普遍具有韧性低和抗热震性差的缺点而大大限制了其使用范围。另外，作为涂层材料使用，氧化物陶瓷涂层与基体材料间不易形成较高的结合强度，而且氧化物陶瓷涂层本身也很难达到高的致密性。为了弥补金属氧化物陶瓷材料作为涂层材料使用中的上述缺陷，研究人员根据材料学和摩擦学原理，陶瓷材料的耐磨性不仅与材料的硬度有关，更取决于材料的韧性，而晶粒细化无疑会增加强度和韧性从而提高陶瓷材料的耐磨性。鉴于纳米材料具有十分优越的强度、硬度和高温塑性，还有优异的耐磨和抗蚀性能，为此，目前金属氧化物陶瓷纳米涂层的制备方法成为新的研发的方向。

CN102787933A公开了一种具有纳米合金涂层的气缸，此发明涉及汽车发动机用气缸表面热喷涂纳米涂层的制备技术，该涂层由纳米级的铁、镍、铝、铬、铝或其它金属材料中的一种或几种构成，或者由在纳米级金属材料中掺入纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁、碳化硅、碳化钨、碳化铬或其它陶瓷材料中的一种或几种构成。此发明中所用原料均为纳米级粉料，原料成本高；两种或多种原料纳米粉不容易均匀混合，会导致涂层成分不均匀；将两种或多种原料纳米粉混合制备成可用于热喷涂的复合粉的过程中造粉工艺复杂、成本高；在喷涂过程中原料纳米粉的晶粒容易长大，会导致涂层中晶粒尺寸较大，从而涂层性能不高。此外，此专利中在纳米级金属材料中掺入纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁、碳化硅、碳化钨、碳化铬或其它陶瓷材料中的一种或几种，所制备出的涂层材料是以金属相为基体、陶瓷相为第二相的金属基复合材料涂层，在喷涂形成涂层过程中陶瓷相与金属基体相之间的界面结合不容易控制，会导致涂层中各相界面结合强度不高，从而造成涂层性能不高的缺点。CN101838136A披露了一种氧化铝·氧化钛复合陶瓷粉末的制备方法，其最终目的在于采用热喷涂技术将制备出的氧化铝·氧化钛复合陶瓷粉末进一步喷涂到金属表面，从而制备出氧化铝·氧化钛复合陶瓷涂层，具体工艺包括将氧化铝和氧化钛原料粉混粉、配制浆料、喷雾干燥、烧结热处理和等离子处理工序，工艺复杂，成本很高，此外由于金属氧化物熔点相对较高，采用金属氧化物原料直接喷涂所得涂层致密度不高。CN1740395A报道了一种陶瓷-金属间化合物复合涂层及其制备工艺，以Fe、Al、TiO₂和B₂O₃四种原料粉间的反应为基础制备陶瓷-金属间化合物复合涂层，此发明中由于所用原料之一是B₂O₃，其在空气中能强烈地吸水或与水反应生成硼酸，为此在其造复合粉过程中采用酒精为介质，这造成了工艺复杂，此外所用反应物原料种类过多，尤其是B₂O₃的存在使得原料间的反应极不充分，因此导致涂层的致密度低、硬度低至HV680-860，另外由于此发明中采用的原料尺寸较大，导致所得涂层的晶粒粗大，这也是涂层的硬度低原因之一。

综合以上现有技术可以看出，目前采用纳米级原料制备亚微米/纳米结构金属氧化物基无机复合材料涂层，尤其是氧化铝/氧化钛基涂层的方法有如下缺点：1）金属氧化物纳米粉原料价格较高，是同成分微米粉价格的5～10倍以上；2）两种或多种原料纳米粉不容易均匀混合，导致涂层成分不均匀；3）将纳米级原料粉混合制备成可用于热喷涂的复合粉的过程通常包括球磨混粉、配制浆料、喷雾干燥、烧结热处理和等离子处理等工序，造粉工艺复杂和成本高；4）在喷涂过程中原料纳米粉的晶粒容易长大，使得涂层中晶粒尺寸较大，从而涂层性能提高有限；5）由于金属氧化物熔点相对较高，采用金属氧化物原料直接喷涂所得涂层致密度不高和性能不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供金属氧化物基无机复合材料涂层的制备方法，是一种亚微米/纳米结构金属氧化物基无机复合材料涂层的制备方法，克服了现有技术完全采用纳米级原料制备亚微米/纳米结构金属氧化物基无机复合材料涂层方法中原料成本高、两种或多种原料纳米粉不容易均匀混合、造粉工艺复杂、涂层成分不均匀、涂层晶粒粗大、涂层致密度不高和性能不高的缺点。