[发明专利]一种防腐抗蚀、绝缘的陶瓷复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种防腐抗蚀、绝缘的陶瓷复合涂层及其制备方法。所述陶瓷复合涂层包括形成于基材表面的Al₂O₃‑Ca₂SiO₄陶瓷复合涂层；所述Al₂O₃‑Ca₂SiO₄陶瓷复合涂层的组成包括：Ca₂SiO₄ 5wt%～15wt%，余量为Al₂O₃。根据本发明，在Al₂O₃陶瓷涂层中引入Ca₂SiO₄可以增大涂层致密度，并且利用β‑Ca₂SiO₄的水化特性实现涂层的自封孔，阻挡腐蚀介质和湿气的渗入。由于Ca₂SiO₄的掺入量较少，复合涂层的硬度保持较高。因此，本发明的复合涂层具有良好的防腐抗蚀和绝缘性能，并且具有较高的硬度和结合强度。

技术领域

本发明涉及一种防腐抗蚀、绝缘的陶瓷复合涂层及其制备方法，属于热喷涂陶瓷涂层技术领域。

背景技术

国家海洋战略的实施对材料耐蚀性能及防腐蚀技术提出新的要求和挑战。在海上钻井平台、舰艇、舰载飞行器等装备中广泛应用的液压杆、轴承等关键部件既要承受苛刻的摩擦磨损，同时还面临严重的腐蚀问题。采用热喷涂技术在金属基体上制备陶瓷涂层，能够把金属材料塑韧性好、易加工和陶瓷材料高硬度、耐磨损、抗腐蚀的特点结合起来，是提升海洋装备性能和使用寿命的重要技术手段。其中，Al₂O₃基陶瓷涂层已在磨损工况下得到了较好的应用。然而，若作为防腐涂层使用，应考虑其本身的致密性。热喷涂工艺制备的涂层实际上是由众多穿越等离子体的熔滴在基体表面撞击、铺展、急冷固化形成的片层状结构堆叠而成。颗粒的不完全熔融与交错堆叠、熔融凝固时的体积收缩会导致气孔、裂纹、层间间隙等缺陷的产生。海洋环境下腐蚀介质易通过此类孔隙渗透入涂层，对金属基体造成腐蚀，导致涂层的剥落，最终引发装备故障和失效。另一方面，在潮湿环境下，孔隙会吸收水汽，造成涂层绝缘电阻的指数级下降，影响装备的安全可靠使用。因此，研究开发可阻挡腐蚀介质和湿气渗透的高致密度Al₂O₃基陶瓷涂层具有重要的科学意义和应用价值。

国内外减少热喷涂陶瓷涂层孔隙的途径有以下两个方面：(1)对制备态涂层进行封孔剂处理、激光重熔等实现孔隙封闭；(2)通过工艺优化和原料设计调控制备态涂层的致密度。然而，有机封孔剂耐高温和耐磨损性能差，无机封孔剂渗入深度有限，激光重熔处理容易在涂层中引入较大的残余应力，产生工件变形和熔覆层裂纹，致使涂层力学性能的降低。伴随热喷涂工艺的产生和发展，提高涂层的致密度，尤其是陶瓷涂层的致密度始终是热喷涂领域的研究热点。通常，涂层的孔隙随着喷涂粒子的受热温度和飞行速度的提高而减少。大气等离子体喷涂(APS)涂层气孔率低于普通火焰喷涂和电弧喷涂。超音速火焰喷涂(HVOF)可进一步降低涂层气孔率，但研究人员发现，虽然APS陶瓷涂层较HVOF涂层含有更多的气孔，但APS工艺等离子体射流热焓更大，陶瓷颗粒熔融更充分，涂层层间结合性能更好，因此APS涂层的防腐性能优于HVOF涂层。新近发展的悬浮液等离子体喷涂(SPS)和超低压等离子体喷涂(VLPPS)工艺可制备结构较为致密的陶瓷涂层。但SPS与VLPPS对基材的热输入量大，不适用于基材不耐高温的部件。大气等离子体喷涂至今仍是热喷涂技术的主流和热门研究领域。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种防腐抗蚀、绝缘的陶瓷复合涂层及其制备方法，该陶瓷复合涂层具有良好的防腐抗蚀和绝缘性能，并且具有较高的硬度。