CN101363687A

CN101363687A - 熔炼金属高温容器用复合涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN101363687A
Application number: CNA2008102001713A
Authority: CN
Inventors: 陶顺衍; 周霞明; 赵华玉; 丁传贤
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2009-02-11

Abstract

本发明涉及熔炼金属高温容器用复合涂层及其制备方法，属于贵金属或稀有金属熔炼与制备技术领域。本发明是在熔炼金属高温容器表面具备单层或多层金属钨或金属钼或金属钽或金属铌过渡层，过渡层上具备单层或多层氧化钇或锆酸钙或锆酸镁涂层或者在熔炼金属高温容器表面形成三层以上金属钨或金属钼或金属钽或金属铌与陶瓷面层材料组分由多到少或由少到多的梯度涂层。本发明克服了以往高温下熔炼金属与高温容器反应的问题，可用于高温熔炼领域。

Description

熔炼金属高温容器用复合涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及熔炼金属高温容器用复合涂层及其制备方法，属于贵金属或稀有金属熔炼与制备技术领域。

背景技术

由于高质量金属及其合金熔点高，化学性质活泼，在熔炼时，几乎能与刚玉、石英等材料发生反应。热力学计算显示，氧化钙、氧化铍等与以上金属在高温下有良好的化学稳定性，因此，曾尝试用氧化钙等材质容器熔炼钛及其合金。但由于氧化钙材质容器很难烧结成形，在潮湿空气中易水解，熔炼过程中易致熔炼金属中氧含量增加，影响合金性能。此外，铍的毒性，氧化铍制作工艺复杂，要求特殊、成本很高，因此，氧化钙和氧化铍材质容器无法满足高质量金属及其合金的熔炼需要。

石墨等材料易加工、抗热震性能好、成本低廉等，已在高温金属和合金熔铸中获得广泛应用，但石墨也存在高温下与熔炼金属反应的问题，以往普遍采用火焰喷涂或浆料刷涂氧化锆涂层，可是高温反应污染和抗热震性能差等问题依然存在。资料显示，氧化钇与上述金属或合金的高温化学稳定性明显优于氧化锆等涂层，热膨胀系数低，有利于提高涂层与基材的结合。

通常，在石墨表面沉积涂层前需要用高温包埋渗工艺在其表面形成碳化硅层，然后再沉积陶瓷层。但对于大尺寸石墨材料，由于高温窑炉温场不均匀，容易使碳化硅层厚薄不均匀，同时，包渗材料深度扩散，导致容器壁形成疏松多孔结构，降低了容器的强度。

发明内容

本发明提出的熔炼金属高温容器用复合涂层及其制备方法。

其具体技术方案一如下：

(1)在熔炼金属高温容器表面具备单层或多层金属钨或金属钼或金属钽或金属铌过渡层，作为基材和表面陶瓷层之间的应力过渡层。金属钨或金属钼或金属钽或金属铌层的单层厚度在0.1μm～20μm之间，多层的层数为2～5层。

(2)在上述过渡层具备单层或多层氧化钇或锆酸钙或锆酸镁涂层等，形成耐温抗蚀的陶瓷表面层，单层厚度约为0.15～0.25mm，多层的层数为2～5层。

其具体技术方案二为：

(3)在熔炼金属高温容器表面由金属钨或金属钼或金属钽或金属铌与陶瓷面层材料按质量百分比100：0～0:100比例混合后以等离子体喷涂工艺制备涂层三层以上，形成三层以上上述金属和陶瓷相组分由多到少或由少到多的梯度涂层，单层混合涂层厚度在0.1μm～20μm之间。

所述的陶瓷面层材料为氧化钇或锆酸钙或锆酸镁。

实现上述技术方案一通过下述步骤完成：

(1)熔炼金属高温容器基底预处理；

熔炼金属高温容器基底预处理，即将加工好的石墨容器的内表面进行粗糙化和净化处理。

粗糙化过程可以用金相砂纸打磨或用刚玉砂喷砂处理，增加表面粗糙度，确保涂层与基材的良好接触。

净化可以采用超声波净化，是为了净化基材表面，减少粘附颗粒等，进一步增强基材与金属过渡层的结合性能。

(2)在熔炼金属高温容器基底表面等离子体喷涂金属钨或金属钼或金属钽或金属铌过渡层；

其中，优选的等离子气体流量为氩气40-60升/分(slpm)，氢气6-10slpm，控制电流550-650A，功率35-42kW，喷涂距离100-150mm。

上述喷涂工艺参数根据设备选择不同而选择。

(3)等离子体喷涂氧化钇或锆酸钙或锆酸镁等耐温抗蚀陶瓷涂层；

其中，优选的等离子气体流量为氩气30-55slpm，氢气10-14slpm，控制电流600-680A，功率40-48kW，喷涂距离80-150mm。

上述喷涂工艺参数根据设备选择不同而选择。

实现上述技术方案二通过下述步骤完成：

(1)熔炼金属高温容器基底预处理；

净化可以采用超声波净化，是为了净化基材表面减少粘附颗粒等，进一步增强基材与金属过渡层的结合性能。

(2)由金属钨或金属钼或金属钽或金属铌与陶瓷面层材料按质量百分比100：0～0:100比例混合后以等离子体喷涂工艺制备涂层三层以上，形成三层以上上述金属和陶瓷相组分由多到少或由少到多的梯度涂层，单层混合涂层厚度在0.1μm～20μm之间。

其中，优选的等离子气体流量为氩气30-60slpm，氢气6-15slpm，控制电流550-650A，功率35-48kW，。喷涂距离80-150mm

上述喷涂工艺参数根据设备选择不同而选择。

附图说明

图1和图2为石墨部件表面的耐温抗蚀涂层。

具体实施方式

下面通过实施案例进一步阐明本发明的特点和效果。决非限制本发明。

实施例1

在壁厚10mm的Φ300mm×Φ284mm×300mm石墨部件表面采用等离子喷涂工艺制备单层10μm厚钨涂层和单层0.25mm厚氧化钇涂层。经1400℃使用10h，涂层完好，如图1所示。喷涂工艺参数如表1所示。

实施例2

在不锈钢基材表面制备两层10μm厚钨涂层和单层0.25mm厚氧化钇涂层涂层，经20MW/m²辐照400～600次，涂层完好，未发生开裂剥落。喷涂工艺参数如表2所示。

实施例3

在不锈钢基材表面制备单层10μm厚钨涂层和单层10μm厚钼涂层和两层0.15mm锆酸钙涂层，未发生开裂剥落。喷涂工艺参数如表2所示。

实施例4

在石墨基材表面制备按照顺序制备钨—(80wt％钨+20wt％Y₂O₃)—(60wt％钨+40wt％Y₂O₃)—(40wt％钨+60wt％Y₂O₃)—(20wt％钨+80wt％Y₂O₃)—Y₂O₃六层组分梯度渐变涂层，单层混合涂层厚度为10μm。采用双筒送粉，喷涂工艺参数如表3。

实施例5

在不锈钢基材表面制备钼—(75wt％钼+25wt％Y₂O₃)—(60wt％钼+40wt％Y₂O₃)—(25wt％钼+75wt％Y₂O₃)—(20wt％钼+80wt％Y₂O₃)—Y₂O₃六层组分梯度渐变涂层，单层混合涂层厚度为8μm。采用双筒送粉，喷涂工艺参数同表3。

实施例6

在氧化铝基材表面制备(89wt％钽+11wt％Y₂O₃)—(60wt％钼+40wt％Y₂O₃)—(11wt％钽+89wt％Y₂O₃)—(20wt％钼+80wt％Y₂O₃)—Y₂O₃六层组分梯度渐变涂层，单层混合涂层厚度为8μm。采用双筒送粉，喷涂工艺参数同表3。

表1

表2

表3

Claims

1、熔炼金属高温容器用复合涂层，其特征在于：

在熔炼金属高温容器表面具备单层或多层金属钨或金属钼或金属钽或金属铌过渡层，金属钨或金属钼或金属钽或金属铌层的单层厚度在0.1μm～20μm之间，多层的层数为2～5层；

过渡层上具备单层或多层氧化钇或锆酸钙或锆酸镁涂层，单层厚度约为0.15～0.25mm，多层的层数为2～5层。

2、熔炼金属高温容器用复合涂层，其特征在于：

在熔炼金属高温容器表面形成三层以上金属钨或金属钼或金属钽或金属铌与陶瓷面层材料组分由多到少或由少到多的梯度涂层，金属与陶瓷面层材料组分按质量百分比为100：0～0:100，单层混合涂层厚度在0.1μm～20μm之间。

所述的陶瓷面层材料为氧化钇或锆酸钙或锆酸镁。

3、按权利要求1所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)熔炼金属高温容器基底预处理；

(3)等离子体喷涂氧化钇或锆酸钙或锆酸镁等耐温抗蚀陶瓷涂层。

4、按权利要求3所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于所述的预处理包括粗糙化和净化处理。

5、按权利要求3所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)喷涂涂层单层厚度在0.1μm～20μm之间，多层的层数为2～5层。

6、按权利要求3所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于步骤(3)喷涂涂层单层厚度约为0.15～0.25mm，多层的层数为2～5层。

7、按权利要求2所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)熔炼金属高温容器基底预处理；

(2)由金属钨或金属钼或金属钽或金属铌与陶瓷面层材料按质量百分比100：0～0:100比例混合后以等离子体喷涂工艺制备涂层三层以上，形成三层以上上述金属和陶瓷相组分由多到少或由少到多的梯度涂层。

8、按权利要求7所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于所述的预处理包括粗糙化和净化处理。

9、按权利要求7所述的熔炼金属高温容器用复合涂层的制备方法，其特征在于喷涂混合涂层单层厚度在0.1μm～20μm之间。