[发明专利]热喷涂氧化铝–氧化钇复合陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及热喷涂氧化铝–氧化钇复合陶瓷涂层及其制备方法，所述氧化铝–氧化钇复合陶瓷涂层形成于金属基材上或形成于位于金属基材表面的应力过渡层上，且所述氧化铝–氧化钇复合陶瓷涂层包括α‑Al₂O₃相、γ‑Al₂O₃相、c‑Y₂O₃相、m‑Y₂O₃相以及由氧化铝和氧化钇原位生成的Y_xAl_yO_z相，所述Y_xAl_yO_z为Y₃Al₅O₁₂、Y₄Al₂O₉和/或YAlO₃，其中α‑Al₂O₃相与γ‑Al₂O₃相的质量比为1：（2～3）。本发明采用热喷涂工艺制备的氧化铝–氧化钇复合陶瓷涂层，涂层结构致密，气孔率较低。Al₂O₃和Y₂O₃之间不固溶，在喷涂过程中可以原位生成Y_xAl_yO_z化合物，起到弥散增韧和强化相界面的作用，涂层层间界面结合较好，强韧性和抗热冲击性能获得改善。

技术领域

本发明涉及热喷涂氧化铝–氧化钇复合陶瓷涂层及其制备方法，属于耐磨陶瓷涂层技术领域。

背景技术

氧化物陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等特点，表现出较好的综合性能，作为热喷涂涂层材料应用于高比压(即高PV值：P是接触压强；V是摩擦速率)、高温、富氧、强热冲击、强腐蚀等苛刻磨损服役工况具有较好的潜力，可以将金属基底和氧化物陶瓷涂层的优点相结合，有望获得良好的工程应用。然而，氧化物陶瓷塑韧性低，裂纹敏感性强，制约了其应用。以往的相关研究主要集中在提高氧化物陶瓷的强韧性，包括以下几个方面：①颗粒增韧，包含韧性相金属颗粒增韧和硬质相陶瓷颗粒增韧。常用于氧化物陶瓷增韧的颗粒材料主要有Ni、Al、Cu、SiC、TiC、TiB₂等。韧性金属相的加入，可使裂纹尖端的应力集中得到释放，裂尖区域相应裂纹不容易形成，裂纹扩展阻力增大，即材料断裂韧性提高；硬质陶瓷相的加入，可通过细化基体晶粒和裂纹屏蔽作用，耗散裂纹前进动力，达到增韧目的。其工艺简便易行，且成本低，当颗粒的种类、尺寸、含量等参数选择适当，增韧效果是较为明显的。为了达到良好的增韧效果，颗粒纳米化是发展方向。②纤维(或晶须)增韧，高强度纤维(或晶须)作为第二相弥散分布于陶瓷基体时，通过两种方式进行增韧，一是使裂纹扩展途径出现拐折现象，从而增加断裂能；二是当纤维(或晶须)从基体中拉脱时，以拔出功的形式消耗部分能量，有利于阻止裂纹扩展。常用于氧化物陶瓷增韧的纤维(或晶须)有SiC纤维(或晶须)、Si₃N₄晶须、碳纤维和B纤维等。③相变增韧，它是利用四方相(t相)ZrO₂马氏体相变转变为单斜相(m相)ZrO₂所产生的体积和形状效应而吸收较多能量，从而使氧化物陶瓷材料表现出较高断裂韧性。④成分或结构梯度增韧，通过成分或结构变化形成梯度材料，可基本消除宏观界面，有效解决材料内部性能突变，达到缓和热应力的目的。