[发明专利]陶瓷材料的热喷涂

说明书

一种方法，包括：(i)用金属合金或金属层涂覆碳化硅、氮化硅、碳化硼或氮化硼颗粒；(ii)使步骤(i)的颗粒积聚；将积聚的金属或金属合金涂覆的颗粒热喷涂到基板上以在其上提供涂层。

技术领域

本发明涉及一种用于将金属或金属合金涂覆的碳化硅或碳化硼或者金属或金属合金涂覆的氮化硅或氮化硼颗粒热喷涂到基板上的方法，以便提供涂有这些陶瓷的有价值的基板。本发明还涉及一种用于制造这些金属或金属合金涂覆的陶瓷的方法，该陶瓷具有足够厚的金属层，使得该层能够在热喷涂操作期间保护陶瓷颗粒核。涂覆的颗粒本身与使用本发明方法涂覆的制品一起形成本发明的又一个方面。

背景技术

基于碳和硼的碳化物和氮化物的材料由于其机械、热和化学性质的优异组合而已广泛用于许多工业中。这些碳化物和氮化物提供非常好的摩擦学性能和耐腐蚀性，因此通常用于需要抗磨和耐磨性的涂层应用，例如，在腐蚀性的环境中。就这些特性而言，它们不亚于诸如钻石的更昂贵的材料。

例如，碳化硅广泛用作工业应用例如航空航天运动组件、金属加工工具和石化系统中的保护涂层。这使得这些陶瓷成为对科学家们极具吸引力的合成目标。

通常通过诸如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)的真空沉积技术将大多数硅和碳的碳化硼和氮化物涂层沉积到基板上。这些方法昂贵、耗时、并且限于适合沉积室的小制品。该方法通常需要复杂的加工条件并导致涂层具有非常有限的厚度(即范围从纳米到小于100微米)。

热和动力学喷涂方法已被普遍认为是在小型到大型组件上生产金属和陶瓷涂层的最有效和最经济的方法之一。此外，热喷涂工艺不需要使用真空室，并且可以生产厚度范围从几十微米到几毫米的涂层。然而，由于金属和碳化物物质在热喷涂它们所需的温度和气氛下会分解或升华(在约2500℃下升华，并且在氧气存在下也在约2500℃下分解)，这些方法并不总是适合于沉积陶瓷碳化物或氮化物。对于硅和硼的碳化物及其氮化物的情况也是如此。

因此，共价结合的复合碳化物如碳化硅和碳化硼不常用于热喷涂，因为它们在大气热喷涂过程中倾向于在高温下分解。基于化学结合的氮化物的涂层如氮化硅、氮化硼和氮化钛也被认为是用于热喷涂的挑战性材料，其原因与碳化物相同。

因此，设计热喷涂这些重要的共价结合陶瓷材料的方法是有价值的。

已知当与金属氧化物颗粒结合时可以热喷涂SiC。一种方法涉及碳化硅与氧化铝和氧化钇粉末的机械混合，如WO2003/004718中所描述的。其他方法提供SiC颗粒，颗粒上具有金属氧化物层。这可以例如通过将钇铝石榴石(YAG)化学沉淀到碳化硅颗粒上，然后喷雾干燥来实现，以提供具有YAG层的SiC颗粒，如WO2014/068082中所描述的。

然而，由于其陶瓷脆性，SiC的氧化物涂覆的颗粒受到限制。这些涂层非常适用于涉及压缩、滑动和滚动的抗磨应用，特别是在高温下。然而，金属氧化物涂覆的SiC颗粒不适用于某些应用，例如其中存在基板的弯曲或塑性变形。因此，提供具有金属基体的SiC颗粒以产生用于其中金属氧化物涂覆的SiC颗粒不适合的那些应用的热喷涂涂层是有利的。

为了制备合适的具有金属层的SiC颗粒和其他共价结合的陶瓷材料，还必须烧结它们。确保金属层的均匀分布是确保产生用于进一步热喷涂的良好颗粒产品的关键。

为了在热喷涂过程期间保留陶瓷颗粒，本发明人提出了覆盖单个颗粒的金属或金属合金膜，从而避免了它们在热喷涂过程期间的分解和蒸发。试图实现这些共价结合的陶瓷材料的热喷涂的先前使用金属没有涉及在各个SiC颗粒上充当涂层的层。