CN110872713A - 一种y/y2o3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法 - Google Patents

一种y/y2o3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属陶瓷涂层领域，具体为一种冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷复合涂层的方法。首先制备适宜冷喷涂的Y基金属陶瓷粉末，具体的方法是：首先，将金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末按不同的质量配比混合；其次，使用冷喷涂将该粉末喷涂到基体表面得到Y/Y2O3金属陶瓷涂层；冷喷涂的条件为：使用压缩空气为工作气体，气体温度为200～600℃，气体压力为1.0～2.5MPa，喷涂距离为10～60mm。本发明仅使用低成本的压缩空气作为载气，就能制备出厚度为100～400μm的Y/Y2O3金属陶瓷涂层。本发明方法简单、沉积效率高，可根据实际使用情况随意调节Y/Y2O3金属陶瓷涂层的厚度，满足不同的使用工况。

Description

一种Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法
技术领域
本发明涉及金属陶瓷涂层领域，具体为一种冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的方法。
背景技术
金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质复合材料，陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体，粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷同时兼有金属和陶瓷的优点，密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外，在金属陶瓷表面再喷涂一层气密性好、熔点高、传热性能较差的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀，金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等处。
传统的热喷涂技术可以用来制备金属陶瓷涂层，如：火焰喷涂、电弧喷涂和等离子喷涂等，由于喷涂时温度偏高，粉末颗粒或线材需要被加热到熔化状态，不可避免地使喷涂材料在喷涂的过程中发生相变、化学反应及辐射等现象，极大降低涂层的性能。
冷气动力喷涂的特点是喷涂颗粒速度高和温度低，发生相变的驱动力较小，固体粒子晶粒不易长大，氧化现象很难发生，可以最大限度的将喷涂粉末的性质保留在涂层中。因此，在制备金属陶瓷涂层时，可以充分避免金属的氧化，将金属的塑性和陶瓷的脆性有效结合在一起。
Y2O3陶瓷涂层是目前IC装备关键零部件上较有应用前景的一种防护涂层，与传统的阳极氧化铝膜和氧化铝涂层相比，具有更好的耐蚀效果，因而被广泛研究。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的方法，开辟一种新的制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的有效途径，以期早日获得实际应用。本发明的设计思想是结合陶瓷与金属两种材料各自的本征优点，通过机械球磨将Y和Y2O3粉末混合均匀，才用冷喷涂固态沉积技术，在铝合金基体上制备Y/Y2O3金属陶瓷防腐蚀涂层。
本发明技术方案如下：
一种Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，包括下述步骤：
第一步，Y/Y2O3金属陶瓷粉末的制备
将金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末按不同的质量配比混合均匀；
第二步，冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层
将第一步得到的Y/Y2O3金属陶瓷粉末经预热后，冷喷涂在基体材料表面，所述的预热温度为200～600℃；
冷喷涂工艺条件为：使用的加速气体和送粉气体均为压缩空气，气体温度为200～600℃，气体压力为1.0～2.5MPa，喷涂距离为10～60mm。
所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，采用机械球磨法制备金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末，金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末的质量配比为1：1～1：10。
所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，采用机械球磨法制备金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末时，采用行星式球磨机，球磨介质为聚酯罐和聚酯磨球，球料质量比1：1～1：10。
所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，金属Y粉的粒度范围为3～40μm，Y2O3陶瓷粉末粒度范围为10～60μm。
所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，Y/Y2O3金属陶瓷涂层孔隙率低于2％，界面结合强度为20～50MPa，涂层厚度为100～400μm。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明借助球磨技术得到由Y/Y2O3组成、且混合均匀的金属陶瓷粉体，仅仅使用低成本的压缩空气为载气，就能用冷喷涂制备厚度为100～400μm的Y/Y2O3金属陶瓷涂层。该方法沉积效率高，可根据实际使用情况随意调节Y/Y2O3金属陶瓷涂层的厚度，可以用来制备厚的Y/Y2O3金属陶瓷涂层。
2、本发明工艺简单，适合工业化生产。
附图说明
图1为冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层流程图。
图2为实施例1中Y/Y2O3金属陶瓷涂层的形貌。
具体实施方式
如图1所示，在具体实施过程中，本发明冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的方法，选择纯度大于99.9wt％的Y2O3粉末(粒度范围为10～60μm)和Y粉(粒度范围为3～40μm)，使用球磨技术将Y粉和Y2O3粉末混合均匀，对喷涂的表面进行预处理，通过冷喷涂技术在基体表面进行喷涂，制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层，涂层中的Y和Y2O3呈片层状连续分布，涂层与基体结合良好。
该方法的工艺参数如下：首先，将金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末按不同的质量配比混合；其次，使用冷喷涂将该粉末喷涂到基体表面得到Y/Y2O3金属陶瓷涂层；冷喷涂的条件为：使用压缩空气为工作气体，气体温度为200～600℃，气体压力为1.0～2.5MPa，喷涂距离为10～60mm。
下面对本发明的实施例作详细说明，在以发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。
实施例1
本实施例中，冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的具体步骤如下：
(1)Y/Y2O3金属陶瓷粉末的制备
将金属Y粉(粒度为3～40μm)和Y2O3陶瓷粉末(粒度为10～60μm)按不同的质量配比混合均匀；
(2)冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层
将第一步得到的Y/Y2O3金属陶瓷粉末经预热后冷喷涂在基体材料表面，所述的预热温度为600℃；
冷喷涂工艺条件为：使用的加速气体和送粉气体均为压缩空气，气体温度为600℃，气体压力为2.5MPa，喷涂距离为20mm。
采用机械球磨法制备Y/Y2O3金属陶瓷粉末，Y粉和Y2O3粉的质量配比为1：1。在采用机械球磨法制备Y/Y2O3金属陶瓷粉末时，所用的球磨机为行星式球磨机，球磨介质为聚酯罐和聚酯磨球，球料质量比1：2。
如图2所示，从Y/Y2O3金属陶瓷涂层的形貌可以看出，涂层在基体上连续分布，其厚度约为50～100μm。
本实施例中，Y/Y2O3金属陶瓷涂层孔隙率为1％，界面结合强度为50MPa，涂层厚度为300μm。
实施例2
本实施例中，冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的具体步骤如下：
(1)Y/Y2O3金属陶瓷粉末的制备
将金属Y粉(粒度为3～40μm)和Y2O3陶瓷粉末(粒度为10～60μm)按不同的质量配比混合均匀；
(2)冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层
将第一步得到的Y/Y2O3金属陶瓷粉末经预热后冷喷涂在基体材料表面，所述的预热温度为550℃；
冷喷涂工艺条件为：使用的加速气体和送粉气体均为压缩空气，气体温度为550℃，气体压力为2.2MPa，喷涂距离为30mm。
采用机械球磨法制备Y/Y2O3金属陶瓷粉末，Y粉和Y2O3粉的质量配比为1：2。在采用机械球磨法制备Y/Y2O3金属陶瓷粉末时，所用的球磨机为行星式球磨机，球磨介质为聚酯罐和聚酯磨球，球料质量比1：3。
本实施例中，Y/Y2O3金属陶瓷涂层孔隙率为1.5％，界面结合强度为45MPa，涂层厚度为280μm。
实施例3
本实施例中，冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的具体步骤如下：
(1)Y/Y2O3金属陶瓷粉末的制备
将金属Y粉(粒度为3～40μm)和Y2O3陶瓷粉末(粒度为10～60μm)按不同的质量配比混合均匀；
(2)冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层
将第一步得到的Y/Y2O3金属陶瓷粉末经预热后冷喷涂在基体材料表面，所述的预热温度为500℃；
冷喷涂工艺条件为：使用的加速气体和送粉气体均为压缩空气，气体温度为500℃，气体压力为2.0MPa，喷涂距离为20mm。
采用机械球磨法制备Y/Y2O3金属陶瓷粉末，Y粉和Y2O3粉的质量配比为1：3。在采用机械球磨法制备Y/Y2O3金属陶瓷粉末时，所用的球磨机为行星式球磨机，球磨介质为聚酯罐和聚酯磨球，球料质量比1：4。
所述的冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层的方法，Y/Y2O3金属陶瓷涂层孔隙率为2％，界面结合强度为50MPa，涂层厚度为300μm。
实施例结果表明，本发明仅使用低成本的压缩空气作为载气就能制备出厚度为100～400μm的Y/Y2O3金属陶瓷涂层。本发明方法简单、沉积效率高，可根据实际使用情况随意调节Y/Y2O3金属陶瓷涂层的厚度，满足不同的使用工况。

Claims (5)

1.一种Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一步，Y/Y2O3金属陶瓷粉末的制备
将金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末按不同的质量配比混合均匀；
第二步，冷喷涂制备Y/Y2O3金属陶瓷涂层
将第一步得到的Y/Y2O3金属陶瓷粉末经预热后，冷喷涂在基体材料表面，所述的预热温度为200～600℃；
冷喷涂工艺条件为：使用的加速气体和送粉气体均为压缩空气，气体温度为200～600℃，气体压力为1.0～2.5MPa，喷涂距离为10～60mm。
2.根据权利要求1所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，其特征在于，采用机械球磨法制备金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末，金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末的质量配比为1：1～1：10。
3.根据权利要求2所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，其特征在于，采用机械球磨法制备金属Y粉和Y2O3陶瓷粉末时，采用行星式球磨机，球磨介质为聚酯罐和聚酯磨球，球料质量比1：1～1：10。
4.根据权利要求1或2所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，其特征在于，金属Y粉的粒度范围为3～40μm，Y2O3陶瓷粉末粒度范围为10～60μm。
5.根据权利要求1所述的Y/Y2O3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法，其特征在于，Y/Y2O3金属陶瓷涂层孔隙率低于2％，界面结合强度为20～50MPa，涂层厚度为100～400μm。
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