CN108264232B - 抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法 - Google Patents

抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高温防护技术，特别提供一种可用于高温合金零部件的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法。该搪瓷涂层由搪瓷釉、耐热金属和陶瓷颗粒组成，搪瓷釉65～75％，耐热金属颗粒2～6％，陶瓷颗粒23～35％；其中，搪瓷釉的配方为：二氧化硅61～67％、二氧化锆6～11％、三氧化二铝3～10％、三氧化二硼4～9％、氧化钙1～7％、氧化锶7～13％、氧化钾2～6％。本发明通过搪瓷釉的配方设计、耐热金属颗粒的增韧、难熔陶瓷颗粒的强化、三氧化二铬的改性以及稀土氧化物对搪瓷组织结构的调整，提高涂层的高温氧化以及力学综合性能，使该高温搪瓷涂层兼具抗氧化、耐腐蚀以及抗冲击的优异综合性能。

Description

抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高温防护技术，特别提供一种可用于高温合金零部件的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法。
背景技术：
随着服役环境的日趋苛刻，大部分高温结构材料需要同时满足高温力学性能与抗腐蚀性能等多项指标的要求。而单从成分设计(调整)出发，高温合金很难实现力学性能与抗高温腐蚀性能的综合最优化，两者对成分的要求往往是相互矛盾的。因此，在通过成分调整满足合金力学性能的前提下，通常以施加高温防护涂层的方法来提高高温合金的耐高温腐蚀性能。
当前，高温防护涂层主要包括金属涂层与陶瓷涂层。其中，常用的金属涂层有渗铝涂层以及包覆MCrAlY涂层。在高温使用过程中，金属涂层由于与合金基体成分上的巨大差异，存在明显的互扩散，严重影响合金的高温力学性能。此外，在热腐蚀环境中，金属涂层表面生成的氧化物在沉积盐中会持续溶解，不能快速形成完整的保护性氧化膜，热腐蚀速率较快。相比较而言，陶瓷涂层的抗热腐蚀性能较金属涂层优异，但是由于其与合金基体较大的线热膨胀系数差以及较弱的界面结合，在热循环条件下，涂层容易开裂剥落，从而丧失对合金基体的高温防护作用。
除了传统的金属涂层与陶瓷涂层之外，还有一种非常适合于熔盐、气氛等苛刻环境下的高温防护涂层，即搪瓷涂层。搪瓷涂层在烧结制备的过程中，能与合金基体发生反应形成界面的化学结合，尤其适合于高温合金。因此，在热循环条件下，搪瓷涂层的抗界面剥落能力优于传统的陶瓷涂层。加上其优异的阻氧扩散能力，搪瓷涂层的抗高温氧化性能又优于传统的金属涂层。搪瓷涂层主要由硅氧四面体结构组成，通过在硅氧四面体的间隙中添加其他四价、三价、二价甚至一价离子，形成玻璃网状结构。
但是，普通的搪瓷涂层作为高温合金的高温防护涂层，还面临以下的三个问题：(1)搪瓷涂层中由于含有过量的低熔点组元(如：ZnO、Na2O等)作为助溶剂，在高温服役的过程中，搪瓷涂层中的低熔点组元容易与合金基体中的Cr发生反应，并最终在涂层表面进一步氧化生成大量的铬酸盐尖晶石类腐蚀产物，如：ZnCr2O4，大幅度降低搪瓷涂层抗氧化性能；(2)大量低熔点组元的加入，打断硅氧四面体中的硅氧键，使得腐蚀介质中的合金离子更容易渗透进入搪瓷涂层，从而进一步降低搪瓷涂层的软化点，使得硫以及氯离子能够更加容易地渗透通过搪瓷涂层直至合金基体，严重影响搪瓷涂层的耐热腐蚀能力；(3)搪瓷中的玻璃相在高温下极不稳定，易析出各种形状、类型的晶体，由于析出晶体与搪瓷中玻璃相在热物理性能上的不匹配，产生较大的内应力，搪瓷涂层的抗热冲击性能受到很大影响。
综上，目前搪瓷涂层在高温合金上的应用，还需解决以下三大问题，即搪瓷涂层的抗高温氧化、耐热腐蚀以及抗热冲击。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗氧化、耐腐蚀、抗热冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法，解决现有搪瓷涂层应用于高温腐蚀环境中抗氧化、耐腐蚀以及热冲击性能欠佳等问题。
本发明的技术方案是：
一种抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层，该高温搪瓷涂层由搪瓷釉、耐热金属颗粒和陶瓷颗粒组成，按照质量百分比计，搪瓷釉65～75％，耐热金属颗粒2～6％，陶瓷颗粒23～35％；其中，搪瓷釉的配方为：二氧化硅61～67％、二氧化锆6～11％、三氧化二铝3～10％、三氧化二硼4～9％、氧化钙1～7％、氧化锶7～13％、氧化钾2～6％，氧化钙、氧化锶以及氧化钾的总含量为16～22％。
所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层，所述的耐热金属颗粒为不锈钢、NiCrAlY、NiCrAl中的一种或两种以上的任意配合，原始粉末颗粒度小于20μm；所述的陶瓷颗粒为三氧化二铝、三氧化二铬以及二氧化铈，颗粒度均小于5μm，按照质量百分比计，三氧化二铝15～25％，三氧化二铬2～6％，二氧化铈2～6％。
所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，制备步骤为：1)熔炼搪瓷釉料；2)制备搪瓷微粉；3)制备复合搪瓷悬浮液；4)高温搪瓷涂层的喷涂与烧制。
所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，步骤1)具体为：按照搪瓷釉的配方将各种氧化物球磨混合，转速300～350转/分，时间20～30小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT→300～600℃，均速加热0.5～1.5小时；
300～600℃→800～1100℃，均速加热25～35分钟；
800～1100℃→1300～1550℃，均速加热0.5～1.5小时；
1300～1550℃恒温保持1～2小时后，水淬得到搪瓷釉颗粒。
所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，步骤2)具体为：将步骤1)得到的搪瓷釉颗粒经球磨得到粒径小于10μm的搪瓷微粉。
所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，步骤3)具体为：按照比例配备搪瓷微粉与耐热金属、陶瓷颗粒的混合粉末，以无水乙醇或者纯净水为分散剂，1克混合粉末所需无水乙醇或纯净水10～30ml；经磁力搅拌以及超声波振荡15～30min得到分散均匀的复合搪瓷悬浮液。
所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，步骤4)具体为：用空气压缩机将复合搪瓷悬浮液均匀喷涂于高温合金零部件，喷涂压力为0.2～0.4MPa，喷涂距离15～40cm，涂层喷涂后经200～300℃烘干30～60分钟，得到复合搪瓷涂层的原始胚件；将烘干后的原始胚件经1000～1100℃高温烧结10～20min后取出，大气中冷却，得到该高温搪瓷涂层。
本发明中，所述高温搪瓷涂层的性能指标如下：
针对IN738、K444、K438等高铬的高温合金，经该高温搪瓷涂层涂覆后，1050℃抗氧化级别达到最高的完全抗氧化级(航标5258-2000)；1050℃燃气热腐蚀增重小于0.1g/m2h，失重小于0.1g/m2h；850℃热腐蚀(涂盐Na2SO4+NaCl)加速热腐蚀寿命>200h，腐蚀增重≤0.1g·m-2h-1，剥落失重≤0.1g·m-2h-1；900～1050℃热冲击(水淬)200个循环后，涂层剥落面积小于3％。
本发明的设计思想是：
本发明通过调整搪瓷釉中网络形成剂组元的含量，增加搪瓷网络连接程度，提高高温稳定性并降低腐蚀介质在搪瓷涂层中的扩散速度，进而提高搪瓷涂层的抗高温氧化性能；采用稳定、高效的助溶剂组元氧化锶替代氧化锌、氧化钠等，抑制搪瓷涂层与高温合金之间的过度反应，提高界面稳定性；并且，通过高韧性的耐热合金颗粒提高涂层韧性、难熔陶瓷颗粒提高搪瓷的高温强度，而通过稀土氧化物调控搪瓷涂层的微观组织结构，提高其抗热冲击的能力。最终，制备的该高温搪瓷涂层具有抗氧化、耐腐蚀以及抗热冲击等优异的综合性能。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明的高温搪瓷涂层中，搪瓷釉的网络形成剂组元含量高、高温稳定性好；此外，以高稳定的氧化锶代替普通搪瓷中高活性的氧化锌、氧化钠等助溶剂组元，以调控搪瓷涂层的烧成温度，抑制涂层与合金的过度界面反应，得到涂层与合金的界面结构可控。
(2)本发明的高温搪瓷涂层，通过耐热金属颗粒，提高搪瓷的韧性；各种难熔陶瓷颗粒提高搪瓷的高温使用温度、高温强度，尤其是三氧化二铬颗粒的添加极大地提高搪瓷涂层的耐热腐蚀性能。而通过二氧化铈的掺杂，调整搪瓷釉中乳浊剂(二氧化锆)的乳浊效果、抑制搪瓷涂层中针尖状晶体的析出，降低涂层内应力集中，大幅度提高搪瓷涂层的抗热冲击性能。
(3)本发明的高温搪瓷涂层无需任何昂贵设备、制备工艺简单，并且可适用于各种形状的高温合金部件，可明显提高高温部件服役寿命。
附图说明
图1为高温合金IN738基体上制备的高温搪瓷涂层的宏观形貌；
图2为三组平行的高温搪瓷涂层样品1050℃氧化增重动力学曲线；其中，横坐标Time为时间(h)；纵坐标Weight gain为增重(mg·cm-2)；
图3为三组平行的高温搪瓷涂层以及裸露IN738合金样品1050℃燃气冲击动力学曲线；其中，横坐标Time为时间(h)；纵坐标Weight gain为增重(mg·cm-2)；
图4为助溶剂组元含量过低的高温搪瓷涂层表面形貌SEM图；
图5为三组高温搪瓷涂层分别经900、1000以及1050℃热冲击的动力学曲线；其中，横坐标Cycle为循环次数；纵坐标Weight gain为增重(mg·cm-2)；
图6为高温搪瓷涂层经850℃热腐蚀(涂盐Na2SO4+NaCl)200小时后表面形貌SEM图；
图7为涂覆高温搪瓷、NiCrAlY涂层以及K444裸露合金样品850℃热腐蚀动力学曲线；其中，横坐标Time为时间(h)；纵坐标Mass gain为增重(mg·cm-2)；
图8为对比的高温搪瓷涂层经1000℃热冲击100循环后表面形貌SEM图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明搪瓷涂层由搪瓷釉、耐热金属、三氧化二铝、三氧化二铬以及二氧化铈颗粒共同组成。其中，按照质量百分比，搪瓷釉65～75％，耐热金属2～6％，采用不锈钢、NiCrAlY、NiCrAl中的一种或两种以上的任意配合，三氧化二铝15～25％，三氧化二铬2～6％，二氧化铈2～6％(三氧化二铝、三氧化铬、二氧化铈的总含量为23～35％)；按照质量百分比，搪瓷釉的配方为：二氧化硅61～67％、二氧化锆6～11％、三氧化二铝3～10％、三氧化二硼4～9％、氧化钙1～7％、氧化锶7～13％、氧化钾2～6％，氧化钙、氧化锶以及氧化钾的总含量为16～22％。本发明通过搪瓷釉的配方设计、耐热金属颗粒的增韧、难熔陶瓷颗粒的强化、三氧化二铬的改性以及稀土氧化物对搪瓷组织结构的调整，提高涂层的高温氧化以及力学综合性能，使该高温搪瓷涂层兼具抗氧化、耐腐蚀以及抗冲击的优异综合性能。
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述，应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
本实施例中，高温合金IN738为基体，制备该高温搪瓷涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按质量分数计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅64％、二氧化锆9％、三氧化二铝3％、氧化钙4％、三氧化二硼6％、氧化锶10％、氧化钾4％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间24小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1425℃，均速加热1小时；
1425℃恒温保持1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与耐热金属颗粒NiCrAlY(按质量百分比计，Cr:25.0，Al:5.0，Y:0.5，Ni:余量)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈按重量比为70：4：20：3：3配置复合搪瓷粉末，按照1g复合搪瓷粉：16ml无水酒精制备复合搪瓷悬浮液，并磁力搅拌、超声波振荡20min得到分散均匀的复合搪瓷悬浮液。
(4)复合搪瓷喷涂：用空气压缩机将复合搪瓷悬浮液经0.2MPa大气压力喷涂于IN738高温合金试样上，喷涂距离20cm，经250℃烘箱烘干25min后得到复合搪瓷涂层的原始胚件。
(5)复合搪瓷涂层烧结：将烘干后的原始搪瓷涂层胚件经1050℃马弗炉中烧结8min后取出，大气中冷却，得到复合搪瓷涂层。
制备后的涂层宏观形貌如图1所示，涂层致密，表面没有爆瓷、气泡、裂纹、缩釉点等外观缺陷。
实施例2
与实施例1不同之处在于，按质量分数计，搪瓷釉的配方改为：二氧化硅61％、二氧化锆6％、三氧化二铝10％、三氧化二硼6％、氧化钙4％、氧化锶9％、氧化钾4％。
制备的该高温搪瓷涂层，经1050℃高温氧化100h后，氧化速度为0.058g/m2h(小于0.1g/m2h)，达到完全抗氧化级。试验中三组平行的高温搪瓷涂层样品氧化增重动力学曲线如图2所示。
对比例1
与实施例2不同之处在于，按质量分数计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅58％、二氧化锆6％、三氧化二铝4％、三氧化二硼6％、氧化钙6％、氧化锶12％、氧化钾8％。
制备的该高温搪瓷涂层，经1050℃高温氧化100h后，氧化速度为0.276g/m2h，氧化速度过快，高于要求的完全抗氧化级。
实施例3
与实施例1不同之处在于：高温搪瓷涂层中搪瓷釉与耐热金属颗粒NiCrAlY(按质量百分比计，Cr:24.5，Al:6.0，Y:0.5，Ni:余量)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈的重量比为68：2：21：6：3。
制备的该高温搪瓷涂层经1050℃的燃气腐蚀冲击100个循环后的动力学曲线如图3所示(同时添加合金基体IN738的燃气腐蚀动力学曲线以作对比)。三个涂覆搪瓷涂层的平行样品以及IN738高温合金裸露样品的增重分别为0.043g/m2h、0.045g/m2h和0.053g/m2h以及-0.101g/m2h(数值小于0，意味着合金表面氧化产物的大面积剥落)。IN738裸露合金样品，燃气腐蚀增重明显，且在燃气腐蚀20小时之后，即出现明显的失重现象，表面有大面积的氧化皮剥落。而对于搪瓷涂覆的合金样品，整个燃气腐蚀时间段内，氧化增重平稳，意味着涂层能够为合金提供优异的防护性能，且具有较高的抗剥落性能。腐蚀等级为完全抗氧化级。而IN738裸露合金样品，燃气腐蚀增重明显，且在燃气腐蚀20小时之后，即出现明显的失重现象，表面有大面积的氧化皮剥落。而对于搪瓷涂覆的合金样品，整个燃气腐蚀时间段内，氧化增重平稳，意味着涂层能够为合金提供优异的防护性能，且具有较高的抗剥落性能。
对比例2
与实施例3不同之处在于：高温搪瓷涂层中搪瓷釉与耐热金属颗粒(NiCrAlY)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈的重量比为74：2：21：0：3，即高温搪瓷涂层中不添加三氧化二铬颗粒。
制备的该高温搪瓷涂层经1050℃的燃气腐蚀冲击100个循环后的腐蚀速度为-0.034g/m2h，搪瓷涂层在燃气腐蚀过程中有轻微的剥落。
实施例4
与实施例1不同之处在于：合金基体为K444。
搪瓷涂层制备后表面没有爆瓷、气泡、裂纹、缩釉点等外观缺陷，经1050℃高温氧化100小时的氧化速度为0.041g/m2h(小于0.1g/m2h)；而1050℃的燃气冲击腐蚀速度为0.050g/m2h，均为完全抗氧化级。
对比例3
与实施例4不同之处在于：高温搪瓷涂层中搪瓷釉与耐热金属颗粒NiCrAlY(按质量百分比计，Cr:25.0，Al:5.0，Y:0.5，Ni:余量)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈的重量比为78：2：14：3：3。
搪瓷涂层经1050℃高温氧化100小时的氧化速度为0.418g/m2h，氧化速度过快，高于要求的完全抗氧化级。
对比例4
与实施例4不同之处在于：搪瓷釉配方为(质量分数)：二氧化硅70％、二氧化锆9％、三氧化二铝8％、三氧化二硼4％、氧化钙1wt％、氧化锶6％、氧化钾2％。
根据配方，调整搪瓷釉的熔炼工艺如下：
RT→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1550℃，均速加热1小时；
1550℃恒温保持1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
制备的搪瓷釉中，二氧化硅的含量超过67％，致使助溶剂组元氧化钙、氧化锶以及氧化钾的总含量未达到要求的最低值16％。搪瓷釉软化点过高。如图4所示，搪瓷涂层成岛状，且疏松多孔，流动性差，以至于不能在合金表面形成致密层，失去防护效果。
实施例5
本实施例中，以高温合金K438为基体，制备该高温搪瓷涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
搪瓷釉的配方为(质量分数)：二氧化硅61％、二氧化锆7％、三氧化二铝7％、三氧化二硼6％、氧化钙4％、氧化锶11％、氧化钾4％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间24小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1400℃，均速加热1小时；
1400℃恒温保持1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与耐热金属颗粒NiCrAl(按质量百分比计，Cr:24.0，Al:6.5，Ni:余量)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈按重量比为67：2：25：3：3配置复合搪瓷粉末，按照1g复合搪瓷粉：16ml无水酒精制备复合搪瓷悬浮液，并磁力搅拌、超声波振荡20min得到分散均匀的复合搪瓷悬浮液。
(4)复合搪瓷喷涂：用空气压缩机将复合搪瓷悬浮液经0.3MPa大气压力喷涂于K438高温合金试样上，喷涂距离20cm，经250℃烘箱烘干25min后得到复合搪瓷涂层的原始胚件。
(5)复合搪瓷涂层烧结：将烘干后的原始搪瓷涂层胚件经1050℃马弗炉中烧结10min后取出，大气中冷却，得到复合搪瓷涂层。
该高温搪瓷涂层制备后，涂层表面没有爆瓷、气泡、裂纹、缩釉点等外观缺陷。取三组样品，分别经900℃热冲击1000循环、1000℃热冲击500循环、1050℃热冲击500循环，试验后光经学显微镜观测，涂层样品表面均无肉眼可观测的剥落痕迹。热冲击动力学曲线如图5所示。
对比例5
与实施例5不同之处在于：高温搪瓷涂层中所添加三氧化二铝颗粒的颗粒度为10μm(大于要求的5μm)。制备的该高温搪瓷涂层，经1050℃高温氧化100小时的氧化速度为0.388g/m2h，氧化速度过快，高于要求的完全抗氧化级。
实施例6
与实施例5不同之处在于：高温搪瓷涂层中搪瓷釉与耐热金属颗粒(不锈钢)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈的重量比为70：3：17：5：5。
该高温搪瓷涂层制备后，涂层表面没有爆瓷、气泡、裂纹、缩釉点等外观缺陷。经1050℃高温氧化100小时的氧化速度为0.051g/m2h(小于0.1g/m2h)，而1050℃的燃气冲击腐蚀速度为0.055g/m2h，均为完全抗氧化级。
实施例7
与实施例5不同之处在于：合金基体改为K444，且搪瓷釉的配方调整为(质量分数)：二氧化硅65％、二氧化锆6％、三氧化二铝5％、三氧化二硼6％、氧化钙4％、氧化锶10％、氧化钾4％。
制备的该高温搪瓷涂层，经850℃热腐蚀(涂盐Na2SO4+NaCl)200小时后，腐蚀表面如图6所示。涂层表面依然平整完好，腐蚀速度为0.071g·m-2h-1。说明该高温搪瓷涂层的腐蚀加速寿命大于200小时，其热腐蚀动力学曲线如图7所示，搪瓷涂层的腐蚀动力学曲线光滑平稳；而作为对比样品K444合金裸露样品，热腐蚀20小时后，即出现严重失重；常用的多弧离子镀NiCrAlY涂层，腐蚀100小时后样品重量起伏大，意味着该NiCrAlY涂层在热腐蚀过程中经历复杂的剥落、严重腐蚀、再剥落过程，腐蚀寿命小于100小时。
对比例6
与实施例7不同之处在于：高温搪瓷涂层中搪瓷釉与耐热金属颗粒(不锈钢)、三氧化二铝、三氧化二铬、二氧化铈的重量比为70：2：25：3：0。制备的该搪瓷涂层经850℃热腐蚀(涂盐Na2SO4+NaCl)200小时后，涂层表面有严重剥落；而经1000℃热冲击100循环后，表面涂层同样剥落严重。如图8所示，为该高温搪瓷涂层经1000℃热冲击后的涂层表面形貌SEM图。其剥落的方式为分层逐级剥落，但仍为露出合金基体，说明涂层剥落的原因在于内部应力过大，而非涂层/合金界面问题。同时，经过SEM对涂层组织结构的分析，发现涂层内析出大量的针尖状晶体，该针尖状晶体易导致应力集中，诱发涂层的剥落。
实施例和对比例结果表明，本发明通过对搪瓷釉的成分调整(适当提高网络形成剂组元的含量，采用高稳定性的助溶剂氧化锶替代高活性的氧化锌以及氧化钠)，大幅度提高搪瓷涂层的高温稳定性以及抗高温氧化性能；并且，通过耐热金属颗粒、难熔陶瓷颗粒以及活性元素氧化物颗粒的添加掺杂，进一步提高涂层的综合力学性能、调控组织结构，改善搪瓷涂层的耐热腐蚀、热冲击性能，使得制备的该高温搪瓷涂层兼具抗氧化、耐腐蚀、抗冲击等优异的综合性能。
申请人声明，尽管已经示出和描述本发明的详细组成和制备方法，对本领域的技术人员而言，本发明并不局限于依赖上述详细组成和制备方法才能实施。对本发明的任何改进、产品原料替代和辅助成分的添加等，均在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层，其特征在于，该高温搪瓷涂层由搪瓷釉、耐热金属颗粒和陶瓷颗粒组成，按照质量百分比计，搪瓷釉65～75％，耐热金属颗粒2～6％，陶瓷颗粒23～35％；其中，搪瓷釉的配方为：二氧化硅61～67％、二氧化锆6～11％、三氧化二铝3～10％、三氧化二硼4～9％、氧化钙1～7％、氧化锶7～13％、氧化钾2～6％，氧化钙、氧化锶以及氧化钾的总含量为16～22％；
所述的耐热金属颗粒为不锈钢、NiCrAlY、NiCrAl中的一种或两种以上的任意配合，原始粉末颗粒度小于20μm；所述的陶瓷颗粒为三氧化二铝、三氧化二铬以及二氧化铈，颗粒度均小于5μm，按照质量百分比计，三氧化二铝15～25％，三氧化二铬2～6％，二氧化铈2～6％。
2.一种权利要求1所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，制备步骤为：1)熔炼搪瓷釉料；2)制备搪瓷微粉；3)制备复合搪瓷悬浮液；4)高温搪瓷涂层的喷涂与烧制。
3.按照权利要求2所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：按照搪瓷釉的配方将各种氧化物球磨混合，转速300～350转/分，时间20～30小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT→300～600℃，均速加热0.5～1.5小时；
300～600℃→800～1100℃，均速加热25～35分钟；
800～1100℃→1300～1550℃，均速加热0.5～1.5小时；
1300～1550℃恒温保持1～2小时后，水淬得到搪瓷釉颗粒。
4.按照权利要求2所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)具体为：将步骤1)得到的搪瓷釉颗粒经球磨得到粒径小于10μm的搪瓷微粉。
5.按照权利要求2所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤3)具体为：按照比例配备搪瓷微粉与耐热金属、陶瓷颗粒的混合粉末，以无水乙醇或者纯净水为分散剂，1克混合粉末所需无水乙醇或纯净水10～30ml；经磁力搅拌以及超声波振荡15～30min得到分散均匀的复合搪瓷悬浮液。
6.按照权利要求2所述的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤4)具体为：用空气压缩机将复合搪瓷悬浮液均匀喷涂于高温合金零部件，喷涂压力为0.2～0.4MPa，喷涂距离15～40cm，涂层喷涂后经200～300℃烘干30～60分钟，得到复合搪瓷涂层的原始胚件；将烘干后的原始胚件经1000～1100℃高温烧结10～20min后取出，大气中冷却，得到该高温搪瓷涂层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109320267B (zh) * 2018-10-22 2021-07-23 东北大学 一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法
CN109665814A (zh) * 2019-02-13 2019-04-23 江西萍乡龙发实业股份有限公司 一种利用陶瓷固体废料制造梯度孔透水砖的方法
CN110106503B (zh) * 2019-06-19 2021-07-09 东北大学 一种耐熔融锌液腐蚀与磨损的涂层及其制备方法
WO2021161661A1 (ja) * 2020-02-12 2021-08-19 日本碍子株式会社 グラスライニング製品の製造方法
CN112573824A (zh) * 2020-10-15 2021-03-30 宁国市众鑫陶业有限公司 复古发泡釉及制备方法
CN113105115B (zh) * 2021-04-14 2022-02-18 东北大学 一种具有自修复功能的耐高温搪瓷基复合涂层及其制备方法
CN114368245A (zh) * 2021-12-23 2022-04-19 张柳松 一种不锈钢瓷画的制作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1231189A1 (de) * 2001-02-08 2002-08-14 Pfaudler Werke GmbH Hochkorrosionsbeständige schwermetallfreie Emailzusammensetzung sowie Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung, und beschichtete Körper
CN103469207A (zh) * 2013-08-16 2013-12-25 中国科学院金属研究所 一种抗高温氧化耐腐蚀的玻璃陶瓷复合涂层及其制备工艺
CN104193173A (zh) * 2014-08-26 2014-12-10 南昌航空大学 一种钛合金表面烧制搪瓷隔热涂层材料及其制备方法
CN104445951A (zh) * 2014-11-17 2015-03-25 中国科学院金属研究所 一种耐热腐蚀复合搪瓷涂层及其制备方法
CN104451655A (zh) * 2013-09-13 2015-03-25 中国科学院金属研究所 抗高温材料用表面合金涂层复合材料、涂层及其制备方法
CN106746666A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 西北有色金属研究院 玻璃陶瓷复合热障涂层设计模型及涂层制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1231189A1 (de) * 2001-02-08 2002-08-14 Pfaudler Werke GmbH Hochkorrosionsbeständige schwermetallfreie Emailzusammensetzung sowie Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung, und beschichtete Körper
CN103469207A (zh) * 2013-08-16 2013-12-25 中国科学院金属研究所 一种抗高温氧化耐腐蚀的玻璃陶瓷复合涂层及其制备工艺
CN104451655A (zh) * 2013-09-13 2015-03-25 中国科学院金属研究所 抗高温材料用表面合金涂层复合材料、涂层及其制备方法
CN104193173A (zh) * 2014-08-26 2014-12-10 南昌航空大学 一种钛合金表面烧制搪瓷隔热涂层材料及其制备方法
CN104445951A (zh) * 2014-11-17 2015-03-25 中国科学院金属研究所 一种耐热腐蚀复合搪瓷涂层及其制备方法
CN106746666A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 西北有色金属研究院 玻璃陶瓷复合热障涂层设计模型及涂层制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NiCrAlY添加改善搪瓷涂层力学及热震性能研究;陈明辉等;《第七届海峡两岸材料腐蚀与防护研讨会论文集》;20110620;第1-6页 *

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