CN104562128B

CN104562128B - 一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法

Info

Publication number: CN104562128B
Application number: CN201510012668.2A
Authority: CN
Inventors: 王萍; 李建平; 郭永春; 杨忠; 夏峰; 王建利; 高培虎; 马志军; 白亚平
Original assignee: Xian Technological University
Current assignee: Xian Technological University
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: CN104562128A

Abstract

本发明公开了一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法，首先配置：(1)硝酸盐水溶液、(2)硝酸盐复合金属氧化物溶胶的水溶液、(3)硝酸盐复合金属氧化物纳米颗粒的水溶液、(4)硝酸盐复合金属氧化物溶胶及纳米颗粒的水溶液；然后将表面预制有绝缘阻挡层的样品置于(1)、(2)、(3)或(4)溶液中，或将表面未做任何处理的样品置于(2)、(3)或(4)溶液中，并对样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积。本发明的有益之处在于：通过添加氧化物溶胶和纳米颗粒，不仅可促进阴极等离子体放电，省去烦琐的绝缘阻挡膜预制工艺，而且可显著提高陶瓷层的沉积速率，改善陶瓷层的组织结构，形成纳米晶粒的陶瓷层。

Description

一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法

技术领域

本发明涉及一种制备热防护层的方法，具体涉及一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

随着航空航天、先进机动车等高技术产业的快速发展及轻量化需求的提升，发动机热端部件(如涡轮叶片、尾喷管和发动机活塞)承受的温度越来越高，并且随着世界能源危机的不断加剧和节能减排、环境意识的日益增强，高性能环境友好型轻量化汽车的研发和生产变得愈来愈重要，与此同时，也对发动机关键部件的表面性能(隔热耐热、抗热冲击等)等提出了新的更高的要求。一些常规的材料很难满足高温、高压、强腐蚀介质等的复杂工况。为此，防止热端部件性能在高温下快速退化，改善其高温服役耐久性能十分迫切。

热防护层对于提高材料工作温度、材料的使用极限、拓宽材料的应用范围发挥着重要作用。由于热防护层具有良好的高温化学稳定性、抗冲刷性和隔热性等特点，并且具有降低金属基体的使用温度，可使高温燃气和工作基体金属部件之间产生很大的温降(可达170℃或更高)，从而保护基体免受高温氧化等许多优点，达到延长热机零件寿命、提高热机热效率的目的，是目前最先进的高温防护涂层之一。随着科学技术的发展，在航天、航空、燃气发电、化工、冶金等众多领域，热防护层将会得到更广泛的研究与应用。

目前，制备热防护层的方法为等离子喷涂，近年来的电子束物理气相沉积(EBPVD)也正在日趋成熟，应用激光处理来提高热防护层性能的研究也有很多，化学气相沉积方法制备热防护层正在发展之中。等离子喷涂对涂层材料的要求宽松，沉积率高，操作简便，孔隙较多，隔热性能较好。但是，涂层中较多的疏松与孔洞以及片层界面都可能成为导致涂层失效的裂纹源。EB-PVD法制备的热防护层组织结构具有良好的交变应变承受能力，从而大大提高了涂层的抗热疲劳的性能。但是，EB-PVD的沉积速率较低，设备造价昂贵，制造成本高；受元素蒸汽压影响,涂层的成分控制较困难，基体零件需要加热，试样尺寸不能太大，从而很大程度上限制了这种方法的工业化推广。虽然应用硬质阳极氧化、离子镀、化学或物理气相沉积TiN、CrN等涂层技术可以在一定程度上提高其表面性能，但是在面对高速和高接触应力下的服役条件时仍显不足；同时有的处理技术还会带来一定的环境问题。此外，采用激光重熔、化学气相沉积、磁控溅射等方法的热防护层制备还只停留在实验室研究阶段，并未形成规模化推广的应用技术。

利用陶瓷层的耐高温、低导热系数等特点制备满足耐热、隔热性能的高温热防护陶瓷层，是改善高温工况下材料耐久使用性能的重要技术途径，得到了国内外的普遍关注。等离子体电解氧化(PEO)技术是近年来发展较快的一种表面陶瓷化处理技术，已引起国内外学术与产业界的高度重视，并且由于对环境及人体的无害性被称为有色金属表面改性的清洁工艺。由于微等离子体氧化方法在合金上形成的氧化陶瓷膜是在基体上原位生长而成的，与基体的结合力比其他许多方法高，而且这种氧化陶瓷层同时兼有高硬度、高耐磨性和隔热性能。但是该技术很大程度上只能应用于Al、Mg、Ti等阀金属表面，形成的陶瓷层主晶相为基体金属的氧化物，很难根据使用要求调整陶瓷层组成，使得热防护效果受限，并且该工艺受基体金属的限制。

近几年，在PEO技术的基础上，发展了阴极等离子体电解沉积(CPED)技术，在阴极电沉积的同时施加高能脉冲电压，使得预先沉积在阴极表面具有较高电阻的氧化物薄膜发生绝缘击穿而产生微弧放电，利用微弧的高能量把阴极电化学沉积的氢氧化物转换成晶态的氧化物，并最终在微弧放电产生的高温下烧结形成陶瓷涂层。该方法沉积的氧化物种类多，对基体金属无特殊要求，并且涂层的沉积、阴极等离子体放电和烧结几乎同时在溶液内完成，形成的陶瓷层与基体结合良好，所以通过该方法在金属表面制备复合热防护陶瓷层将成为热防护层应用的重要领域。

尽管CPED技术在制备金属表面高温热防护层上具有明显的方法优势，但该方法制备的陶瓷层生长速率较低，并且需要预制绝缘阻挡膜，工艺复杂，很难满足高热负荷下要求较厚涂层的零部件表面。

遗憾的是，迄今为止，采用CPED技术制备陶瓷层的报道较少，而在此基础上，通过该方法制备热防护层方面更是未见报道。专利ZL01118541.4中，何业东、杨晓战等利用CPED技术在Fe25Cr5Al合金表面制备了ZrO₂-Y₂O₃陶瓷层，阻挡膜的预制需要在金属盐溶液中浸渍30～40次。可见，阻挡膜的预制工艺烦琐。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法，该方法不仅能够提高陶瓷层的生长速率，而且能够一步完成CPED沉积，大大降低了工艺的复杂程度。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、配置硝酸盐水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L；

(2)、配置硝酸盐复合金属氧化物溶胶的水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L，溶胶浓度为1～40g/L；

(3)、配置硝酸盐复合金属氧化物纳米颗粒的水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L，纳米颗粒浓度为1～20g/L；

(4)、配置硝酸盐复合金属氧化物溶胶及纳米颗粒的水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L，溶胶浓度为1～30g/L，纳米颗粒浓度为1～15g/L；

(5)、将表面预制有绝缘阻挡层的金属或金属复合材料样品置于步骤(1)、(2)、(3)或(4)前述溶液中，或者，将表面未做任何处理的金属或金属复合材料样品置于步骤(2)、(3)或(4)前述溶液中；

同时，将前述样品置于阴极，阳极为不锈钢或石墨电极，对前述样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积，沉积0.5～5h。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在样品表面预制绝缘阻挡层的过程为：

①、按照硅酸盐1～30g/L、pH调节剂1～5g/L配制电解液，去离子水做溶剂；

②、将前述电解液导入作为阴极的不锈钢槽中，样品作为阳极，采用脉冲电源输出方式对前述样品进行等离子体电解氧化处理。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤①中，前述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾，前述PH调节剂为氢氧化钾或氢氧化钠。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤②中，进行等离子体电解氧化处理的条件为：电流2～10A/dm²，频率100～1000Hz，占空比10～50％，氧化时间为3～10min。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(1)、(2)、(3)和(4)中，前述硝酸盐为硝酸锆、硝酸铝、硝酸镁、硝酸钛、硝酸钇、硝酸镍、硝酸钙、硝酸铜、硝酸铬、硝酸铁和硝酸铈中的一种或几种。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(2)和(4)中，前述金属氧化物溶胶为氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化铈、氧化镁、氧化钛、氧化镍、氧化铜和氧化铁溶胶中的一种或几种。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(3)和(4)中，前述金属氧化物纳米颗粒为氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化钛、氧化铈、氧化镁、氧化镍、氧化铜和氧化铁纳米颗粒中的一种或几种。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(5)中，阴极等离子体电解沉积的条件为：脉冲电流1～30A/dm²，脉冲电压100～1000V，频率50～1500Hz，占空比5～60％。

前述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，前述金属为铝基合金、镁基合金、钛基合金或者铁基合金，前述金属复合材料为铝基合金复合材料、镁基合金复合材料或者钛基合金复合材料。

本发明的有益之处在于：

(1)、无论是等离子体电解氧化，还是阴极等离子体电解沉积，电解液中都不含对人体和环境有害的有毒性阳离子，并且溶液成分简单，易于控制，同时电解液中不含易分解成分，工艺稳定。

(2)、在阴极等离子体电解沉积步骤中，通过加入金属氧化物溶胶或/和纳米颗粒，可以省去在样品表面预制绝缘阻挡层的步骤，直接进行CPED沉积，同时又提高了陶瓷层的生长速率。可见，本发明的方法大大简化了工艺，降低了成本，提高了生产效率，并且操作简单，适于工业化生产。

(3)、本发明的方法既具有等离子体电解氧化原位生长陶瓷层优良的结合强度，又具有阴极电沉积不受基体金属限制等优点，可在有色金属及黑色金属上制备各种隔热、耐热性能优良的纳米晶复合陶瓷层，有效的提高了其热防护效果，并且由于引入了金属氧化物溶胶及纳米颗粒，可以制备高生长速率的热防护陶瓷层，使陶瓷层厚度在很宽的范围内可控。

(4)、采用本发明的方法制备得到的热防护陶瓷层不受基体金属的限制，可根据电解液中金属盐种类的不同方便地在溶液中按比例溶解各种金属盐而获得单一的热防护陶瓷层或者成分分布均匀的多元陶瓷涂层，所沉积的陶瓷层种类很多，只要电解液中金属离子所对应的氢氧化物是难溶物，则可在此范围内沉积任何种类的金属氧化物热防护陶瓷层。可根据沉积的陶瓷层的不同选择Al、Mg、Ti、Cu、Zr、Y、Ce、Ni、Ca等有色金属的硝酸盐及氧化物溶胶和纳米颗粒的复合溶液，也可选择Fe、Cr等黑色金属的硝酸盐及氧化物溶胶和纳米颗粒的复合溶液，从而可在各种金属基体及其复合材料表面根据需求沉积各种热防护陶瓷层。

附图说明

图1为使用本发明的两步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂陶瓷层的表面SEM形貌图；

图2为使用本发明的两步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂陶瓷层相组成的XRD图谱；

图3为使用本发明的两步法制备的阴极等离子体电解沉积Al₂O₃陶瓷层表面的SEM形貌图；

图4为使用本发明的两步法制备的阴极等离子体电解沉积Al₂O₃陶瓷层截面的SEM形貌图；

图5为使用本发明的两步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂-Y₂O₃复合陶瓷层的表面SEM形貌图；

图6为使用本发明的两步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂-Y₂O₃复合陶瓷层的隔热温度图；

图7为使用本发明的一步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂陶瓷层的表面的SEM形貌图；

图8为使用本发明的一步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂陶瓷层的截面的SEM形貌图；

图9为使用本发明的一步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂-Y₂O₃复合热防护陶瓷层的表面的SEM形貌图；

图10为使用本发明的一步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂-Y₂O₃复合热防护陶瓷层的隔热温度图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

将铝合金样品先用砂纸打磨，然后用丙酮清洗，再用去离子水冲洗干净，待用。然后分以下几步完成制备：

第一步：在铝合金样品表面预制绝缘阻挡层

首先，按照硅酸钠1g/L、氢氧化钠1g/L配制电解液，溶剂为去离子水。

然后，将上述电解液导入作为阴极的不锈钢槽中，铝合金样品作为阳极，采用脉冲电源输出方式对铝合金样品进行等离子体电解氧化处理预制绝缘阻挡层。

进行等离子体电解氧化处理的条件为：电流3A/dm²，频率100Hz，占空比30％，氧化时间为3min。

第二步：配置浓度为5g/L硝酸锆水溶液

第三步：在铝合金样品表面制备热防护陶瓷层

首先，将第一步中的铝合金样品置于第二步中的硝酸锆水溶液中。

然后，将铝合金样品置于阴极，阳极为不锈钢，对铝合金样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积，在合金表面沉积0.5h。

高能脉冲的条件为：脉冲电流3A/dm²，脉冲电压300V，频率100Hz，占空比5％。

最后，用去离子水对表面形成有热防护陶瓷层的铝合金冲洗即可。

图1、图2为两步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂陶瓷层的表面SEM形貌图及XRD图谱。

由图1可知，陶瓷层表面基本由电化学沉积的胞状组织形成，等离子体放电微孔数量较少。

由图2可知，陶瓷层均已晶化完全，由不同晶型的ZrO₂组成。

所以，采用本发明的方法可使陶瓷层晶化完全，无需后续烧结过程。

此外，我们还用硝酸钛水溶液(硝酸钛浓度为20g/L)、硝酸铝-硝酸镁-硝酸锆混合水溶液(混合水溶液中硝酸铝浓度为5g/L、硝酸镁浓度为5g/L、硝酸锆浓度为15g/L)等替换了第二步中的硝酸锆水溶液，结果：均形成了均匀而致密的陶瓷层。

实施例2

将镁合金样品先用砂纸打磨，然后用酒精清洗，再用去离子水冲洗干净，待用。然后分以下几步完成制备：

第一步：在镁合金样品表面预制绝缘阻挡层

首先，按照硅酸钾30g/L、氢氧化钾5g/L配制电解液，溶剂为去离子水。

然后，将上述电解液导入作为阴极的不锈钢槽中，镁合金样品作为阳极，采用脉冲电源输出方式对镁合金样品进行等离子体电解氧化处理预制绝缘阻挡层。

进行等离子体电解氧化处理的条件为：电流10A/dm²，频率900Hz，占空比50％，氧化时间为10min。

第二步：配置硝酸铝复合氧化铝溶胶的水溶液

首先，配制氧化铝溶胶。

按水和异丙醇铝摩尔比100∶1，水和乙醇体积比1∶1进行配制。具体的：

将称好的异丙醇铝溶于乙醇后缓慢倒入85℃的水中，进行恒温磁力搅拌，1h后再加入一定量的催化剂硝酸和成膜促进剂聚乙二醇，升温至90℃以上，继续搅拌1h蒸去大部分的醇，形成均匀的溶胶，将制得的溶胶在95℃密封老化12h。

然后，配合复合体系。

将配制好的氧化铝溶胶缓慢加入硝酸铝溶液中，即形成硝酸铝复合氧化铝溶胶的水溶液。

在该水溶液中，硝酸铝的浓度为50g/L，氧化铝溶胶的浓度为10g/L。

第三步：在镁合金样品表面制备热防护陶瓷层

首先，将第一步中的镁合金样品置于第二步中的硝酸铝复合氧化铝溶胶的水溶液中。

然后，将镁合金样品置于阴极，阳极为石墨电极，对镁合金样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积，在合金表面沉积3h。

高能脉冲的条件为：脉冲电流30A/dm²，脉冲电压1000V，频率500Hz，占空比60％。

最后，用去离子水对表面形成有热防护陶瓷层的镁合金冲洗即可。

图3、图4为两步法制备的阴极等离子体电解沉积Al₂O₃陶瓷层的表面及截面的SEM形貌图。

由图3、图4可知，陶瓷层表面存在明显的等离子体放电微孔，并且由其表面及截面形貌可以看出明显的微小陶瓷颗粒存在，并且部分填充等离子体放电微孔。

此外，我们还用硝酸铈复合氧化铈溶胶的水溶液(硝酸铈浓度为30g/L、氧化铈浓度为30g/L)替换了第二步中的硝酸铝复合氧化铝溶胶的水溶液，结果：形成了均匀而致密陶瓷层。

实施例3

将铝基复合材料样品先用砂纸打磨，然后用酒精清洗，再用去离子水冲洗干净，待用。然后分以下几步完成制备：

第一步：在铝基复合材料样品表面预制绝缘阻挡层

首先，按照硅酸钾15g/L、氢氧化钾3g/L配制电解液，溶剂为去离子水。

然后，将上述电解液导入作为阴极的不锈钢槽中，铝基复合材料样品作为阳极，采用脉冲电源输出方式对铝基复合材料样品进行等离子体电解氧化处理预制绝缘阻挡层。

进行等离子体电解氧化处理的条件为：电流5A/dm²，频率500Hz，占空比30％，氧化时间为8min。

第二步：配置硝酸锆、硝酸钇复合氧化锆溶胶及氧化锆纳米颗粒的水溶液

首先，配制氧化锆溶胶。

将质量比为1:1的无水乙醇和去离子水的混合溶液缓慢加到ZrOC1₂·8H₂O中，缓慢搅拌，再加入H₂O₂，与ZrOCl₂·8H₂O的摩尔数比为4：1。在50℃水浴中加热，缓慢搅拌0.5小时,待充分反应后，向溶液中逐滴滴加1.5mol/L的氨水,并快速搅拌,逐渐形成透明的氧化锆溶胶。

然后，制备复合体系。

将配制好的溶胶缓慢加入硝酸锆和硝酸钇水溶液中，再加入一定量的氧化锆纳米颗粒，即配置成所需要的混合溶液。

在该复合体系中，硝酸锆的浓度为10g/L，硝酸钇的浓度为10g/L，氧化锆溶胶的浓度为20g/L，氧化锆纳米颗粒的浓度为12g/L。

第三步：在铝基复合材料样品表面制备热防护陶瓷层

首先，将第一步中的铝基复合材料样品置于第二步中的复合体系中。

然后，将铝基复合材料样品置于阴极，阳极为不锈钢，对样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积，在样品表面沉积1.5h。

高能脉冲的条件为：脉冲电流20A/dm²，脉冲电压600V，频率1000Hz，占空比40％。

最后，用去离子水对表面形成有热防护陶瓷层的铝基复合材料冲洗即可。

图5、图6为两步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂-Y₂O₃复合陶瓷层的表面SEM形貌图及隔热温度图。

由图5可知，表面等离子体放电现象更加明显，并且有明显的纳米晶粒存在。

由图6可知，与没有制备热防护层的基体相比，其隔热温差高达76.4℃。

此外，我们还用硝酸铈、硝酸锆复合氧化锆溶胶及氧化锆纳米颗粒的水溶液(硝酸铈浓度为5g/L、硝酸锆浓度为5g/L、氧化锆溶胶浓度为2g/L、氧化锆纳米颗粒浓度为2g/L)替换了第二步中的硝酸锆、硝酸钇复合氧化锆溶胶及氧化锆纳米颗粒的水溶液，结果：形成了均匀而致密的陶瓷层。

实施例4

第一步：配置硝酸锆复合氧化锆纳米颗粒的水溶液

配制过程为：首先配置好硝酸锆水溶液，然后将纳米颗粒加入该溶液中并进行超声分散。

在该水溶液中，硝酸锆的浓度为25g/L，氧化锆纳米颗粒的浓度为15g/L。

第二步：在铝合金样品表面制备热防护陶瓷层

首先，将铝合金样品置于第一步中的复合溶液体系中。

然后，将样品置于阴极，阳极为不锈钢，对样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积，在合金表面沉积3h。

高能脉冲的条件为：脉冲电流8A/dm²，脉冲电压400V，频率500Hz，占空比30％。

图7、图8为一步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂陶瓷层的表面及截面的SEM形貌图。

由图7可知，陶瓷层表面存在典型的电化学沉积的胞状组织，并且存在明显的等离子体放电微孔及微小的纳米颗粒。

由图8可知，陶瓷层与基体没有明显界面，为犬牙交错的冶金结合，结合良好，并且等离子体放电微孔分布均匀。

实施例5

将铁基合金样品先用砂纸打磨，然后用丙酮清洗，再用去离子水冲洗干净，待用。然后分以下几步完成制备：

第一步：配置硝酸锆、硝酸钇复合氧化锆溶胶及氧化锆纳米颗粒的水溶液

在该水溶液中，硝酸锆的浓度为15g/L，硝酸钇的浓度为3g/L，氧化锆溶胶的浓度为5g/L，氧化锆纳米颗粒的浓度为8g/L。

第二步：在铁基合金样品表面制备热防护陶瓷层

首先，将铁基合金样品置于第一步中的复合溶液体系中。

然后，将样品置于阴极，阳极为石墨，对样品施加高能脉冲电压，在合金表面沉积1.5h。

高能脉冲的条件为：脉冲电流20A/dm²，脉冲电压800V，频率1000Hz，占空比50％。

最后，用去离子水对表面形成有热防护陶瓷层的铁基合金冲洗即可。

图9、图10为一步法制备的阴极等离子体电解沉积ZrO₂-Y₂O₃复合热防护陶瓷层的表面的SEM形貌图和隔热温度图。

由图9可知，陶瓷层表面有明显的等离子体放电微孔，并且有明显的纳米晶粒存在。

由图10可知，与没有制备热防护层的基体相比，其隔热温差高达65.5℃。

由此可见，本发明的方法通过添加氧化物溶胶和纳米颗粒，不仅可以诱导并促进阴极等离子体放电，省去烦琐的绝缘阻挡膜预制工艺，并且可以很大程度上提高陶瓷层的沉积速率，改善陶瓷层的组织结构，形成纳米晶粒的陶瓷层，从而可制备对涂层厚度有较高要求的耐高温纳米晶热防护层。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、配置硝酸盐复合金属氧化物溶胶的水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L，溶胶浓度为1～40g/L；

(2)、配置硝酸盐复合金属氧化物纳米颗粒的水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L，纳米颗粒浓度为1～20g/L；

(3)、配置硝酸盐复合金属氧化物溶胶及纳米颗粒的水溶液，硝酸盐浓度为1～50g/L，溶胶浓度为1～30g/L，纳米颗粒浓度为1～15g/L；

(4)、将表面未做任何处理的金属或金属复合材料样品置于步骤(1)、(2)或(3)所述溶液中；

(5)、将步骤(4)中置于步骤(1)、(2)或(3)所述溶液中的样品置于阴极，阳极为不锈钢或石墨电极，对所述样品施加高能脉冲电压进行阴极等离子体电解沉积，阴极等离子体电解沉积的条件为：脉冲电流1～30A/dm²，脉冲电压100～1000V，频率50～1500Hz，占空比5～60％，沉积0.5～5h。

2.根据权利要求1所述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(1)、(2)和(3)中，所述硝酸盐为硝酸锆、硝酸铝、硝酸镁、硝酸钛、硝酸钇、硝酸镍、硝酸钙、硝酸铜、硝酸铬、硝酸铁和硝酸铈中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(1)和(3)中，所述金属氧化物溶胶为氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化铈、氧化镁、氧化钛、氧化镍、氧化铜和氧化铁溶胶中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，在步骤(2)和(3)中，所述金属氧化物纳米颗粒为氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化钛、氧化铈、氧化镁、氧化镍、氧化铜和氧化铁纳米颗粒中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备热防护陶瓷层的方法，其特征在于，所述金属为铝基合金、镁基合金、钛基合金或者铁基合金，所述金属复合材料为铝基合金复合材料、镁基合金复合材料或者钛基合金复合材料。