[发明专利]氮化物‑氧化物复合多孔陶瓷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面的热喷涂，特别涉及一种反应等离子喷涂氮化物-氧化物复合多孔陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

多孔材料由于它的应用十分广泛，发展前景令人神往，因此科学界与工业界对此付出了极大的热情，多孔陶瓷是含有大量开口贯通气孔的陶瓷体，多孔陶瓷已经逐渐应用于冶金、化工、环保、能源、生物等部门。许多国家都投入了大量的人力物力用于这方面的研究。我国也越来越重视多孔陶瓷的研究与应用。多孔陶瓷涂层在燃料电池、生物医学材料表面、光催化、水处理等方面有广泛的应用，因其多孔的结构比致密结构可提供更大的表面积。因TiN具有金属的导电性，用这种导电的多孔基体可以作为Ni-H和锂离子蓄电池的导电填料和电流集合器。因在电极的活性材料层中可形成三维连续电流路径，所以其电池的内部电阻较小，这种电流路径的形成可以减少辅助形成导电网络而添加的有机粘结剂和额外的导电填料量。这种添加剂和电阻的降低可以增加电池的功率密度[Yoshimi Ohzawa，Electro-conductive porous ceramics prepared by chemical vapor infiltration of TiN，J Mater Sci(2008)43:2812–2817]。在国内外引起了广泛的研究兴趣。Ti₃O是金属特性极强的氧化物，具有较高的塑性和韧性，与TiN一起形成复合涂层，可以改善涂层的韧性。

等离子喷涂工艺由于能够高效率地使陶瓷材料的成型和烧结过程一体化，获得界面影响小、层间结合好的涂层，在中温平板式SOFC的阳极、电解质和阴极制备中受到广泛关注。

目前国内外制备多孔涂层的方法多为：1.悬浮或液体先驱体热喷涂：近几年悬浮等离子喷涂制备多孔涂层应用于燃料电池研究较多，法国的Lech Pawlowski(Lech Pawlowski，Suspension and solution thermal spray coatings，Surface&Coatings Technology 203(2009)2807–2829.)专门做了一个文献综述，制备过程为首先用有机盐或非晶粉末喂料制成悬浮液或液体先驱体，然后把悬浮液雾化后送进等离子焰流内，目的是制备纳米陶瓷涂层，沉积在基体上的颗粒细小，孔多属于微孔。2.微弧氧化(Xingling Shi,LingLi Xu,QingLiang Wang,Porous TiO₂film prepared by micro-arc oxidation and its electrochemical behaviors in Hank's solution,Surface and Coatings Technology,Volume 205,Issue 6,2010,Pages 1730-1735.)技术可以在金属或合金的表面形成一层多孔的氧化物陶瓷薄膜，孔分布均匀，可以提高合金的耐腐蚀性能，但膜厚度较薄。3.激光光解法：F.Cernuschi a(F.Cernuschi a,P.Bison b,A.Moscatelli c,d，Microstructural characterization of porous thermal barrier coatings by laser flash technique，Acta Materialia 57(2009)3460–3471)等人用激光光解技术制备了多孔的热障涂层，分析了涂层的组织特征。4.Georg Mauer(Georg Mauer,Robert Vasen,Detlev Stover.Atmospheric plasma spraying of yttra Stabilized zirconia coatings with specific porosity[J].Surface&Coatings Techn-nology 204(2009):172–179)等人用等离子喷涂制备多孔的YO₂-ZrO₂涂层，该论文研究了氩气流量和流速、电流大小、颗粒的温度和枪距等对孔隙率和沉积效率的影响；5.Nir Benoved(Nir Benoveda,O.Kesler.Air plasma spray processing and electro-chemical characterization of Cu–SDC coatings for use in solid oxide fuel cell anodes[J].Journal of Power Sources 193(2009):454–461)等人利用等离子喷涂制备Cu-SDC涂层。等离子喷涂工艺已被用于制备多孔的Ce0.8Sm0.2O0.9(SDC)-Cu复合涂层，用于固体氧化物燃料电池。