CN106835002B - 船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，包括：金属基体和涂覆在金属基体的所有外表面的稀土陶瓷电绝缘涂层；其中，稀土陶瓷电绝缘涂层包括稀土陶瓷涂层和封孔涂层；稀土陶瓷涂层为YSZ层或LZ层；YSZ层包括：Y₂O₃和ZrO₂；LZ层包括：La₂O₃和ZrO₂；封孔涂层具体为聚脲或氟碳。其中，稀土陶瓷涂层的涂覆厚度为：0.03‑0.5mm，封孔涂层的涂覆厚度为：0.03‑0.1mm。本发明利用稀土陶瓷的断裂韧性和电绝缘性，封孔涂层的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂层的表面涂覆聚脲或氟碳，形成结合强度大、抗撞击和电绝缘性能优异的电绝缘涂层，满足海上舰船和潜艇对通海管路金属部件长期使用的要求。

Description

船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件及其制备方法

技术领域

本申请涉及海上舰船的电化学腐蚀与防护技术领域，尤其涉及一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件及其制备方法。

背景技术

海上舰船采用大量不同材质的金属，不同金属之间的电位差如果超过0.1mV，两者之间将发生电偶腐蚀，电位差越大则电偶腐蚀越严重，严重威胁舰船的使用寿命。另外，电偶腐蚀会产生电流和磁场，干扰无线电信号的正常传输。因此，海水管路的电绝缘是一个亟待解决的难题。

常规的电绝缘涂层是氧化铝基的陶瓷涂层和各种树脂涂层。

例如，目前的一种电绝缘涂层的材料为Al2O3基，其中含有TiO2为20～50wt％，用等离子喷涂方法制备，涂层和基体的结合强度≥10Mpa，表面粗糙度Ra≤3.2μm。该电绝缘涂层具有良好的电绝缘性。但是，在制备和使用过程中，发现存在如下严重不足：(1)Al2O3基材料的断裂韧性很低(≤1.2MPa·m1/2)，在后续加工和安装过程中的轻微撞击即产生裂纹或脱落；(2)等离子喷涂制备的涂层往往包含较高的孔隙率，浸泡海水后，海水很快通过这些孔隙渗透到金属基体，金属基体被腐蚀，而且电绝缘涂层因海水的渗透成了导电体，失去了电绝缘性；(3)等离子喷涂方法制备的陶瓷涂层，陶瓷涂层的表面粗糙度Ra一般在5μm以上。为了降低陶瓷涂层表面粗糙度至3.2μm以下，需要用车床将陶瓷涂层表面磨削，这样很容易将陶瓷涂层刮伤甚至产生裂纹或脱落，产品的成品率很低。

再例如，目前的一种电绝缘涂层，利用静电喷涂烧结方法，将聚醚醚酮基粉末沉积于法兰的对接面和部分管段内，距离焊接部位间隔一定距离，在其表面形成平整可靠的0.3～0.5μm厚的绝缘涂层，涂层吸水率低，隔绝效果好。

再例如，目前的一种电绝缘涂层，由高结合强度绝缘涂料和涂料固化剂两组份组成，涂层与钛合金基材的结合强度≥13MPa。专利“一种绝缘涂料组合物”所公布的电绝缘涂料，包含2,6-二卤苯甲腈-4,4′-二卤二苯酮-酚酞三元共聚物、溶剂、粘附性能促进剂、流平剂和消泡剂，该绝缘涂料组合物具有突出的耐热性，可用作对耐热性要求较高的绝缘产品的外层防护涂料。

从上面的电绝缘涂层可知，所有单一树脂类的涂层都存在共同的不足，即树脂类涂层与金属基体的结合强度都比较低、不抗撞击、老化等问题，无法满足海上舰船10～30年的寿命要求。

发明内容

本发明了提供了一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件及其制备方法，以解决树脂类涂层与金属基体的结合强度导致的舰船的使用寿命短的技术问题。本发明能够提高舰船的绝缘防护技术和强度，进而延长舰船的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，包括：金属基体和涂覆在所述金属基体的所有外表面的所述稀土陶瓷电绝缘涂层。金属基体例如法兰、管道、各连接结构件等等。

其中，所述稀土陶瓷电绝缘涂层包括稀土陶瓷涂层和封孔涂层；所述稀土陶瓷涂层为氧化钇稳定化的氧化锆YSZ层或锆酸镧LZ层；其中，所述YSZ层包括：三氧化二钇Y₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述LZ层包括：氧化镧La₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述封孔涂层具体为聚脲或氟碳涂料；

其中，所述稀土陶瓷涂层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，所述封孔涂层的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。

优选的，在所述YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为：3％-12％，其余为ZrO₂。

优选的，所述LZ层中，La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

优选的，所述稀土陶瓷涂层与所述金属基体之间的结合强度≥20MPa，所述稀土陶瓷涂层与所述封孔涂层之间的结合强度≥10MPa；所述稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。

在本发明的另一个方面，公开了一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件的制备方法，所述方法包括：

将需要电绝缘的金属基体表面喷砂粗化，砂粒的粒度0.42～0.85mm；

在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm；

在所述稀土陶瓷涂层的表面涂覆封孔涂层，封孔涂层的厚度为0.03～0.1mm。

优选的，所述在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm，包括：

用等离子喷涂的方法在所述金属基体的端面喷涂0.03～0.5mm厚的YSZ层，所述YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为3％-12％，其余为ZrO₂。

优选的，所述在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm，包括：

用等离子喷涂的方法在所述金属基体的端面喷涂0.03～0.5mm厚的LZ层，所述LZ层中，La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明公开了船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，包括：金属基体和涂覆在金属基体的所有外表面的稀土陶瓷电绝缘涂层；其中，稀土陶瓷电绝缘涂层包括稀土陶瓷涂层和封孔涂层；稀土陶瓷涂层为YSZ层或LZ层；其中，YSZ层包括：Y₂O₃和ZrO₂；LZ层包括：La₂O₃和ZrO₂；封孔涂层具体为聚脲或氟碳。其中，稀土陶瓷涂层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，封孔涂层的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。本发明利用稀土陶瓷的断裂韧性和电绝缘性，封孔涂层的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂层的表面涂覆聚脲或氟碳，形成结合强度大、抗撞击和电绝缘性能优异的电绝缘涂层，满足海上舰船和潜艇对通海管路金属部件长期使用的要求。

附图说明

图1为本发明实施例中稀土陶瓷电绝缘涂层的示意图；

图2为本发明实施例中稀土陶瓷电绝缘涂层的实际外观图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

本发明公开了一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件及其制备方法。稀土陶瓷电绝缘涂层的基本设计思想是，利用稀土陶瓷的很高的断裂韧性和电绝缘性以及聚脲或氟碳涂料优秀的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂层的表面涂覆聚脲或氟碳涂料，形成结合强度大、抗撞击和电绝缘性能优异的电绝缘涂层，满足海上舰船和潜艇对通海管路金属部件长期使用的要求。

下面先介绍一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，该金属部件主要用于船舶作用，且该涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层也主要针对船舶设计。包括：金属基体和涂覆在所述金属基体的所有外表面的所述稀土陶瓷电绝缘涂层；

其中，所述稀土陶瓷电绝缘涂层包括稀土陶瓷涂层和封孔涂层；所述稀土陶瓷涂层为氧化钇稳定化的氧化锆YSZ层(即：Y₂O₃-ZrO₂)或锆酸镧LZ层(La₂Zr₂O₇)；其中，所述YSZ层包括：三氧化二钇Y₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述LZ层包括：氧化镧La₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述封孔涂层具体为聚脲或氟碳涂料。

其中，所述稀土陶瓷涂层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，所述封孔涂层的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。

作为一种可选的实施例，在所述YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为：3％-12％，其余为ZrO₂。

作为一种可选的实施例，所述LZ层中，La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

从上述描述可知，本发明稀土陶瓷涂层和封孔涂层的结合有四种情况：

YSZ层+聚脲。

在此种结合中，YSZ层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，聚脲的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为：3％-12％，其余为ZrO₂。

YSZ层+氟碳。

在此种结合中，YSZ层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，氟碳的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为：3％-12％，其余为ZrO₂。

LZ层+聚脲。

在此种结合中，LZ层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，聚脲的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

LZ层+氟碳。

在此种结合中，LZ层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，氟碳的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

本发明的船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，所述稀土陶瓷涂层与所述金属基体之间的结合强度≥20MPa，所述稀土陶瓷涂层与所述封孔涂层之间的结合强度≥10MPa；所述稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。

本发明中，稀土陶瓷电绝缘涂层即具备稀土陶瓷涂层的抗撞击和电绝缘性能，又具备树脂涂层优秀的密封性，在海上舰船和潜艇通海管路金属部件的腐蚀与防护方面有广泛的应用。

船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件的制备方法如下：

将需要电绝缘的金属基体表面喷砂粗化，砂粒的粒度0.42～0.85mm；

在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm；由于所述稀土陶瓷涂层为高温超导薄膜的单晶基片YSZ层或LZ层；故而，在具体的实施过程中，可用等离子喷涂的方法在所述金属基体的端面喷涂0.03～0.5mm厚的YSZ层，所述YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为3％-12％，其余为ZrO₂。或者用等离子喷涂的方法在所述金属基体的端面喷涂0.03～0.5mm厚的LZ层，所述LZ层中，La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

在所述稀土陶瓷涂层的表面涂覆封孔涂层，封孔涂层的厚度为0.03～0.1mm。

下面请看具体实施例。

实施例1：将金属基体端面用粒度0.42～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在金属基体端面喷涂0.03mm厚的YSZ层(Y₂O₃的质量百分比为3％，其余为ZrO₂)；在YSZ层的表面涂覆0.03mm厚的聚脲作为封孔层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的外观见图2，其电阻≥700MΩ。其中YSZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，YSZ层与聚脲层之间的结合强度≥10MPa。经过11MPa、48小时的水压，稀土陶瓷电绝缘涂层没有发生任何渗水现象。

实施例2：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在金属基体端面喷涂0.5mm厚的YSZ层(Y₂O₃的质量百分比为12％，其余为ZrO₂)；在YSZ层的表面涂覆0.1mm厚的氟碳涂料作为封孔层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中YSZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，YSZ层与氟碳涂料层之间的结合强度≥10MPa。

实施例3：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用大气等离子喷涂的方法在端面喷涂0.3mm厚的YSZ层(Y₂O₃的质量百分比为6％，其余为ZrO₂)；在YSZ层的表面涂覆0.05mm厚的氟碳涂料作为封孔层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中YSZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，YSZ层与氟碳涂料层之间的结合强度≥10MPa。

实施例4：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在端面喷涂0.1mm厚的YSZ层(Y₂O₃的质量百分比为9％，其余为ZrO₂)；在YSZ层的表面涂覆0.08mm厚的聚脲作为封孔涂层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中YSZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，YSZ层与聚脲层之间的结合强度≥10MPa。

实施例5：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在金属基体端面喷涂0.03mm厚的LZ层(La₂O₃的质量百分比为40％，其余为ZrO₂)；在LZ层的表面涂覆0.03mm厚的聚脲作为封孔层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中LZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，LZ层与聚脲层之间的结合强度≥10MPa。

实施例6：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在金属基体端面喷涂0.5mm厚的LZ层(La₂O₃的质量百分比为60％，其余为ZrO₂)；在LZ层的表面涂覆0.1mm厚的聚脲作为封孔层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中LZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，LZ层与聚脲层之间的结合强度≥10MPa。

实施例7：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在金属基体端面喷涂0.3mm厚的LZ层(La₂O₃的质量百分比为50％，其余为ZrO₂)；在LZ层的表面涂覆0.05mm厚的聚脲作为封孔层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中LZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，LZ层与聚脲层之间的结合强度≥10MPa。

实施例8：将金属基体端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子喷砂粗化，然后用等离子喷涂的方法在端面喷涂0.1mm厚的LZ层(La₂O₃的质量百分比为45％，其余为ZrO₂)；在LZ层的表面涂覆0.08mm厚的氟碳涂料作为封孔涂层，所制备的稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700MΩ。其中LZ层与金属基体之间的结合强度≥20MPa，LZ层与氟碳涂料层之间的结合强度≥10MPa。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明公开了船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，包括：金属基体和涂覆在所述金属基体的所有外表面的所述稀土陶瓷电绝缘涂层；其中，所述稀土陶瓷电绝缘涂层包括稀土陶瓷涂层和封孔涂层；所述稀土陶瓷涂层为高温超导薄膜的单晶基片YSZ层或LZ层；其中，所述YSZ层包括：三氧化二钇Y₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述LZ层包括：氧化镧La₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述封孔涂层具体为聚脲或氟碳涂料。其中，所述稀土陶瓷涂层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，所述封孔涂层的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。本发明利用稀土陶瓷的很高的断裂韧性和电绝缘性以及封孔涂层优秀的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂层的表面涂覆聚脲或氟碳涂料，形成结合强度大、抗撞击和电绝缘性能优异的电绝缘涂层，满足海上舰船和潜艇对通海管路金属部件长期使用的要求。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，其特征在于，包括：金属基体和涂覆在所述金属基体的所有外表面的所述稀土陶瓷电绝缘涂层；

其中，所述金属基体包括：法兰、管道；

所述稀土陶瓷电绝缘涂层包括稀土陶瓷涂层和封孔涂层；所述稀土陶瓷涂层为氧化钇稳定化的氧化锆YSZ层或锆酸镧LZ层；其中，所述YSZ层包括：三氧化二钇Y₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述LZ层包括：氧化镧La₂O₃和二氧化锆ZrO₂；所述封孔涂层具体为聚脲或氟碳涂料；

其中，所述稀土陶瓷涂层的涂覆厚度为：0.03-0.5mm，所述封孔涂层的涂覆厚度为：0.03-0.1mm。

2.如权利要求1所述的船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，其特征在于，在所述YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为：3％-12％，其余为ZrO₂。

3.如权利要求1所述的船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，其特征在于，

所述LZ层中，La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。

4.如权利要求1所述的船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件，其特征在于，

所述稀土陶瓷涂层与所述金属基体之间的结合强度≥20MPa，所述稀土陶瓷涂层与所述封孔涂层之间的结合强度≥10MPa；所述稀土陶瓷电绝缘涂层的电阻≥700 MΩ。

5.如权利要求1-4任意权项所述的一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将需要电绝缘的金属基体表面喷砂粗化，砂粒的粒度0.42～0.85mm；所述金属基体包括：法兰、管道；

在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm；

在所述稀土陶瓷涂层的表面涂覆封孔涂层，封孔涂层的厚度为0.03～0.1mm。

6.如权利要求5所述的一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件的制备方法，其特征在于，所述在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm，包括：

用等离子喷涂的方法在所述金属基体的端面喷涂0.03～0.5mm厚的YSZ层，所述YSZ层中，Y₂O₃的质量百分比为3％-12％，其余为ZrO₂。

7.如权利要求5所述的一种船舶用涂覆稀土陶瓷电绝缘涂层的金属部件的制备方法，其特征在于，所述在所述金属基体的所有表面用等离子喷涂方法制备所述稀土陶瓷涂层，所述稀土陶瓷涂层的厚度为0.03～0.5mm，包括：

用等离子喷涂的方法在所述金属基体的端面喷涂0.03～0.5mm厚的LZ层，所述LZ层中，La₂O₃的质量百分比为：40％-60％，其余为ZrO₂。