CN109321801A - 一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺 - Google Patents

一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该镍基金属陶瓷复合涂层，通过合理配置TiC，Cr3C2，NiF2，TiO2，C，Cr，Si，Mo，Si3N2，Cr，Re，Na2Ti6O13，Ni，CaF2，MnO，V各原料及其配比，利用各原料间的相互作用，协同生效，能使镍基金属陶瓷复合涂层的致密度大幅提高，从而提高其耐高温性能，特别是NiF2、Na2Ti6O13、CaF2、Ni、Si与TiC，Cr3C2和Si3N2相互配合，显著提高镍基金属陶瓷复合涂层的耐腐蚀、耐磨损及抗冲击性能。

Description

一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺
技术领域
本发明属于金属陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺，特别涉及一种碳化钛/碳化铬增强的镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。
背景技术
金属陶瓷作为金属材料和陶瓷材料研发的一种新型复合材料，兼具金属和陶瓷材料的某些优点，受到科研工作者的广泛关注，是材料领域的研究重点之一。近年来，金属陶瓷的研究成果越来越多，新品种不断出现。
金属陶瓷，是一种由金属或合金和一种或几种陶瓷相所组成的非均质的复合材料，其中后者约占15％～85vol％，当陶瓷含量高于50vol％时，亦可称为陶瓷-金属复合材料。
金属陶瓷种类较多，以金属陶瓷涂层为例，目前金属陶瓷涂层在耐高温、耐腐蚀、耐磨损及抗冲击等方面的性能，仍需进一步改善，以便其应用到条件要求严苛的特殊场合上。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有金属陶瓷涂层在耐高温、耐腐蚀、耐磨损及抗冲击等方面的性能，仍需进一步改善的缺陷，进而提供一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损及抗冲击好的镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所提供的镍基金属陶瓷复合涂层，包括如下重量份的原料：TiC 5-7份，Cr3C2 10-13份，NiF2 1-2份，TiO2 2-4份，C 2-3份，Cr 0.5-1.5份，Si 3-5份，Mo 1-2份，Si3N2 3-4份，Cr 0.1-0.5份，Re 0.2-0.3份，Na2Ti6O13 0.6-0.8份，Ni 0.2-0.3份，CaF20.6-0.7份，MnO 1-2份，V 0.5-0.7份。
进一步地，包括如下重量份的原料：TiC 6份，Cr3C2 12份，NiF2 1.5份，TiO2 3份，C2.5份，Cr 1份，Si 4份，Mo 1.5份，Si3N2 3.5份，Cr 0.2-0.3份，Re 0.25份，Na2Ti6O13 0.7份，Ni 0.25份，CaF2 0.65份，MnO 1.5份，V 0.6份。
进一步地，包括如下重量份的原料：TiC 5.5份，Cr3C2 12.5份，NiF2 1.2份，TiO23.5份，C 2.2份，Cr 1.1份，Si 3.5份，Mo 1.7份，Si3N2 3.1份，Cr 0.25份，Re 0.22份，Na2Ti6O13 0.73份，Ni 0.21份，CaF2 0.66份，MnO 1.2份，V 0.66份。
进一步地，包括如下重量份的原料：TiC 6.5份，Cr3C2 10.5份，NiF2 1.7份，TiO22.8份，C 2.6份，Cr 0.6份，Si 4.5份，Mo 1.2份，Si3N2 3.7份，Cr 0.20份，Re 0.28份，Na2Ti6O13 0.64份，Ni 0.29份，CaF2 0.62份，MnO 1.8份，V 0.56份。
进一步地，还包括0.8-1重量份的CeO2。
进一步地，还包括1-1.5重量份的B。
此外，本发明还提供了上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为6-8μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为40-60wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：(5-6)，并以1500-2000r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于100-120℃下干燥1-3h，再于1200-1300℃下烧结，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于400-500℃下保温4-5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
进一步地，所述喷涂的压力为5-6MPa，时间为1-2min。
进一步地，所述烧结的时间为1-2h。
进一步地，所述烧结为先将所述预涂层于1200-1250℃下烧结1-1.5h，再于1250-1300℃下烧结0.1-0.5h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所提供的镍基金属陶瓷复合涂层，通过合理配置TiC，Cr3C2，NiF2，TiO2，C，Cr，Si，Mo，Si3N2，Cr，Re，Na2Ti6O13，Ni，CaF2，MnO，V各原料及其配比，利用各原料间的相互作用，协同生效，能使镍基金属陶瓷复合涂层的致密度大幅提高，从而提高其耐高温性能，特别是NiF2、Na2Ti6O13、CaF2、Ni、Si与TiC，Cr3C2和Si3N2相互配合，显著提高镍基金属陶瓷复合涂层的耐腐蚀、耐磨损及抗冲击性能。
(2)本发明所提供的镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，先将上述各原料按比例研磨至粒径为6-8μm，得到研磨料，能有助于后续喷涂均匀；再向所述研磨料中加入体积分数为40-60wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：(6-5)，并以1500-2000r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料，通过对制备参数的严格控制，利于形成“弥散且均匀分布的陶瓷颗粒表面被连续薄膜形态的金属相包裹”的特殊结构，从而提高其耐高温性能、耐腐蚀、耐磨损及抗冲击性能；最后将浆料喷涂于基体表面，形成预涂层，并在特定参数控制下干燥和焙烧，结构致密的镍基金属陶瓷复合涂层。
(3)本发明所提供的镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，通过优化喷涂的压力和时间，进一步地有助于形成均匀致密的涂层；通过采用特定的烧结，能进一步地提高镍基金属陶瓷复合涂层的耐腐蚀、耐磨损及抗冲击性能。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由6g的TiC，12g的Cr3C2，1.5g的NiF2，3g的TiO2，2.5g的C，1g的Cr，4g的Si，1.5g的Mo，3.5g的Si3N2，0.25g的Cr，0.25g的Re，0.7g的Na2Ti6O13，0.25g的Ni，0.65g的CaF2，1.5g的MnO，0.6g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为7μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为50wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5.5，并以1800r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5.5MPa，时间为1.5min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于110℃下干燥2h，再于1250℃下烧结1.5h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于450℃下保温4.5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例2
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由5g的TiC，13g的Cr3C2，1g的NiF2，4g的TiO2，2g的C，1.5g的Cr，3g的Si，2g的Mo，3g的Si3N2，0.5g的Cr，0.3g的Re，0.6g的Na2Ti6O13，0.3g的Ni，0.6g的CaF2，2g的MnO，0.5g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为6μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为60wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5，并以2000r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5MPa，时间为2min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于100℃下干燥3h，再于1300℃下烧结1h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于500℃下保温4h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例3
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由7g的TiC，10g的Cr3C2，2g的NiF2，2g的TiO2，3g的C，0.5g的Cr，5g的Si，1g的Mo，4g的Si3N2，0.1g的Cr，0.2g的Re，0.8g的Na2Ti6O13，0.2g的Ni，0.7g的CaF2，1g的MnO，0.7g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为8μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为40wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：6，并以1500r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为6MPa，时间为1min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于120℃下干燥1h，再于1200℃下烧结2h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于400℃下保温5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例4
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由5.5g的TiC，12.5g的Cr3C2，1.2g的NiF2，3.5g的TiO2，2.2g的C，1.1g的Cr，3.5g的Si，1.7g的Mo，3.1g的Si3N2，0.25g的Cr，0.22g的Re，0.73g的Na2Ti6O13，0.21g的Ni，0.66g的CaF2，1.2g的MnO，0.66g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为7μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为50wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5.5，并以1800r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5.5MPa，时间为1.5min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于110℃下干燥2h，再于1250℃下烧结1.5h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于450℃下保温4.5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例5
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由6.5g的TiC，10.5g的Cr3C2，1.7g的NiF2，2.8g的TiO2，2.6g的C，0.6g的Cr，4.5g的Si，1.2g的Mo，3.7g的Si3N2，0.2g的Cr，0.28g的Re，0.64g的Na2Ti6O13，0.29g的Ni，0.62g的CaF2，1.8g的MnO，0.56g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为8μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为40wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：6，并以1500r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为6MPa，时间为1min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于120℃下干燥1h，再于1200℃下烧结2h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于400℃下保温5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例6
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由6g的TiC，12g的Cr3C2，1.5g的NiF2，3g的TiO2，2.5g的C，1g的Cr，4g的Si，1.5g的Mo，3.5g的Si3N2，0.25g的Cr，0.25g的Re，0.7g的Na2Ti6O13，0.25g的Ni，0.65g的CaF2，1.5g的MnO，0.6g的V，0.8g的CeO2，1.5g的B组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为7μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为50wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5.5，并以1800r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5.5MPa，时间为1.5min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于110℃下干燥2h，再于1250℃下烧结1.5h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于450℃下保温4.5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例7
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由6g的TiC，12g的Cr3C2，1.5g的NiF2，3g的TiO2，2.5g的C，1g的Cr，4g的Si，1.5g的Mo，3.5g的Si3N2，0.25g的Cr，0.25g的Re，0.7g的Na2Ti6O13，0.25g的Ni，0.65g的CaF2，1.5g的MnO，0.6g的V，1g的CeO2，1g的B组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为7μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为50wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5.5，并以1800r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5.5MPa，时间为1.5min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于110℃下干燥2h，再于1250℃下烧结1.5h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于450℃下保温4.5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
实施例8
本实施例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由5g的TiC，13g的Cr3C2，1g的NiF2，4g的TiO2，2g的C，1.5g的Cr，3g的Si，2g的Mo，3g的Si3N2，0.5g的Cr，0.3g的Re，0.6g的Na2Ti6O13，0.3g的Ni，0.6g的CaF2，2g的MnO，0.5g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为6μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为60wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5，并以2000r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5MPa，时间为2min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于100℃下干燥3h，再于1300℃下烧结1h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于500℃下保温4h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
对比例1
本对比例提供了一种镍基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺。该复合涂层由6g的TiC，12g的Cr3C2，3g的TiO2，2.5g的C，1g的Cr，4g的Si，1.5g的Mo，3.5g的Si3N2，0.25g的Cr，0.25g的Re，0.25g的Ni，0.65g的CaF2，1.5g的MnO，0.6g的V组成；
上述镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为7μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为50wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：5.5，并以1800r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，喷涂的压力为5.5MPa，时间为1.5min，形成预涂层；
(4)将所述预涂层先于1250℃下烧结1h，再于1300℃下烧结0.1h，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于450℃下保温4.5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
试验例1
将上述实施例1-8及对比例1所制得的镍基金属陶瓷复合涂层置于pH为8.2、年平均盐度为27.00‰、年均水温21℃的海水中开展30天的海水腐蚀试验，30天后观察镍基金属陶瓷复合涂层变化，相应的观测结果如下表1所示：
表1
涂层外貌 涂层平均厚度减少率
实施例1 无明显变化 0.10％
实施例2 无明显变化 0.31％
实施例3 无明显变化 0.26％
实施例4 无明显变化 0.16％
实施例5 无明显变化 0.13％
实施例6 无明显变化 0.08％
实施例7 无明显变化 0.07％
实施例8 无明显变化 0.20％
对比例1 出现明显开裂、部分脱落 2.13％
试验例2
分别测试上述实施例1-8及对比例1所制得的镍基金属陶瓷复合涂层的维氏硬度HV和抗冲击性Ak，相应得我测试结果如下表2所示：
表2
试验例3
分别测试上述实施例1-8及对比例1所制得的镍基金属陶瓷复合涂层耐高温性能，将其置于1500℃的高温下保温8h后，观察复合涂层的表面形貌，相应的测试结果如下表3所示：
表3
涂层外貌
实施例1 无明显变化
实施例2 无明显变化
实施例3 无明显变化
实施例4 无明显变化
实施例5 无明显变化
实施例6 无明显变化
实施例7 无明显变化
实施例8 无明显变化
对比例1 出现明显开裂、部分脱落
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种镍基金属陶瓷复合涂层，包括如下重量份的原料：TiC 5-7份，Cr3C2 10-13份，NiF2 1-2份，TiO2 2-4份，C 2-3份，Cr 0.5-1.5份，Si 3-5份，Mo 1-2份，Si3N2 3-4份，Cr0.1-0.5份，Re 0.2-0.3份，Na2Ti6O13 0.6-0.8份，Ni 0.2-0.3份，CaF2 0.6-0.7份，MnO 1-2份，V 0.5-0.7份。
2.根据权利要求1所述的镍基金属陶瓷复合涂层，其特征在于，包括如下重量份的原料：TiC 6份，Cr3C2 12份，NiF2 1.5份，TiO2 3份，C 2.5份，Cr 1份，Si 4份，Mo 1.5份，Si3N23.5份，Cr 0.2-0.3份，Re 0.25份，Na2Ti6O13 0.7份，Ni 0.25份，CaF2 0.65份，MnO 1.5份，V0.6份。
3.根据权利要求1或2所述的镍基金属陶瓷复合涂层，其特征在于，包括如下重量份的原料：TiC 5.5份，Cr3C2 12.5份，NiF2 1.2份，TiO2 3.5份，C 2.2份，Cr 1.1份，Si 3.5份，Mo1.7份，Si3N2 3.1份，Cr 0.25份，Re 0.22份，Na2Ti6O13 0.73份，Ni 0.21份，CaF2 0.66份，MnO 1.2份，V 0.66份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的镍基金属陶瓷复合涂层，其特征在于，包括如下重量份的原料：TiC 6.5份，Cr3C2 10.5份，NiF2 1.7份，TiO2 2.8份，C 2.6份，Cr 0.6份，Si4.5份，Mo 1.2份，Si3N2 3.7份，Cr 0.20份，Re 0.28份，Na2Ti6O13 0.64份，Ni 0.29份，CaF20.62份，MnO 1.8份，V 0.56份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的镍基金属陶瓷复合涂层，其特征在于，还包括0.8-1重量份的CeO2。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的镍基金属陶瓷复合涂层，其特征在于，还包括1-1.5重量份的B。
7.权利要求1-6中任一项所述的镍基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各原料按比例研磨至粒径为6-8μm，得到研磨料；
(2)向所述研磨料中加入体积分数为40-60wt％的乙醇，控制所述研磨料与乙醇的质量比为1：(5-6)，并以1500-2000r/s的搅拌速度下搅拌，制得浆料；
(3)将所述浆料喷涂于基体表面，形成预涂层；
(4)将所述预涂层于100-120℃下干燥1-3h，再于1200-1300℃下烧结，得到烧结品；
(5)将所述烧结品于400-500℃下保温4-5h，得到所述镍基金属陶瓷复合涂层。
8.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述喷涂的压力为5-6MPa，时间为1-2min。
9.根据权利要求7或8所述的制备工艺，其特征在于，所述烧结的时间为1-2h。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的制备工艺，其特征在于，所述烧结为先将所述预涂层于1200-1250℃下烧结1-1.5h，再于1250-1300℃下烧结0.1-0.5h。
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