[发明专利]一种铝-氮化硼纳米片复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝‑氮化硼纳米片复合涂层及其制备方法，属于材料领域。涂层厚度为0.5～2.0mm，涂层中铝(Al)颗粒呈片层状，二维的氮化硼纳米片(BNNSs)均匀分布在Al沉积体中。BNNSs具有自润滑、化学稳定性高的特点，在涂层中作为物理屏障阻隔腐蚀介质进入基体，显著提升了涂层的耐磨性能、耐腐蚀性能。涂层主要包括以下制备步骤：步骤一：将六方氮化硼(h‑BN)进行高能球磨后再超声分散，制备出BNNSs；步骤二，将球型Al粉与BNNSs进行球磨混合得到复合粉末；步骤三，运用冷喷涂工艺将复合粉末沉积到基体上得到BNNSs均匀分布的Al‑BNNSs复合涂层；步骤四，对涂层热处理以进一步提升复合涂层性能。本发明适用范围广、制备方法简单、可大规模制备，具有极大的应用价值与市场前景。

技术领域

本发明涉及复合材料涂层制备技术领域，尤其涉及到一种铝-氮化硼纳米片复合涂层及其制备方法。

背景技术

众多海洋装备，如船舶、海洋平台、跨海大桥、海底油气输送管等，面临着严重的腐蚀问题。据统计，全球每年因腐蚀造成的损失高达1.4～2.2万亿美元，因腐蚀报废的钢铁制品总量相当于钢铁产量的1/3。因此，开发具备优良耐海水腐蚀性能的海工装备对我国国民经济的发展，特别是海洋经济的发展，具有十分重要的意义。目前广泛采用的纯Al防腐涂层(如专利CN104120377A、CN200510047631.X等)虽能对海工装备起到保护效果，但是其耐海水腐蚀性能仍有较大提升空间。

发明内容

针对海工装备因磨损和腐蚀而失效的问题，本发明目的之一提供一种铝-氮化硼纳米片复合涂层，从而使得产品零件表面喷涂一层结构致密、耐磨损、耐腐蚀的保护性涂层，可以有效地保护工件、延长其服役寿命、降低其使用成本。

本发明的另外一个目的在于提供一种Al-BNNSs冷喷涂复合涂层的制备方法，实现了BNNSs在涂层中的均匀分布，同时，提高了复合涂层的致密性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种铝-氮化硼纳米片复合涂层，包括铝和氮化硼纳米片(BNNSs)；所述BNNSs均匀分布在Al沉积体内，其中，Al呈片层状，BNNSs为增强相，BNNSs尺寸为300×600～700×700nm²，厚度为5～100nm。

进一步的，所述BNNSs体积占比0.1％～4％。

进一步的，氮化硼纳米片(BNNSs)为二维片状。

进一步的，铝-氮化硼纳米片复合涂层厚度为0.5～2.0mm。

一种铝-氮化硼纳米片复合涂层的应用，BNNSs/Al复合粉末喷涂到钢基基体上得到铝-氮化硼纳米片复合涂层。

一种铝-氮化硼纳米片复合涂层的制备方法，以Al-BNNSs复合粉末为原料，通过冷喷涂将复合粉末沉积到基体上得到复合涂层，对复合涂层进行热处理即可得到BNNSs均匀分布的Al-BNNSs复合涂层，具体包括以下步骤：

步骤一：将六方氮化硼(h-BN)进行高能球磨后再超声分散，制备出BNNSs；

步骤二：将BNNSs与Al粉混合球磨制备出BNNSs/Al复合粉末，复合粉末颗粒粒径为10～65μm；

步骤三：以BNNSs/Al为喷涂复合粉末原料，采用氮气循环冷喷涂系统制备复合涂层。

进一步的，步骤三后，可对制备的复合涂层进行抽真空热处理，具体为：抽真空到10^-3～10^-8bar，热处理温度为200～600℃，热处理时间为0.5～3h，随炉冷却至室温。

进一步的，步骤三中，可在BNNSs/Al复合粉末内加入不锈钢球球磨混匀，采用氮气循环冷喷涂系统制备复合涂层。