CN115215551B - 一种复合玻璃陶瓷颗粒、高温防护涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合玻璃陶瓷颗粒、高温防护涂层及其制备方法，属于高温防护领域。本发明中，MAlB陶瓷颗粒在高温氧化的环境中生成的B2O3可作为玻璃网络形成物，快速加入到玻璃网络中而降低局部玻璃陶瓷涂层的软化温度，加速玻璃的粘性流动进而促进涂层裂纹的自愈合，从而提高涂层的抗热震性能。而且，本发明通过控制MAlB金属陶瓷的百分含量，可以调整涂层的热膨胀系数，使其与钛合金基体形成良好的热膨胀匹配，减小热震条件下涂层内部的热应力，从而进一步提高涂层的抗热震性能。高温防护玻璃涂层中加入金属陶瓷颗粒可以通过第二相强化使高温防护涂层具有更好的强度和韧性。

Description

一种复合玻璃陶瓷颗粒、高温防护涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于钛合金高温防护领域，具体涉及一种复合玻璃陶瓷颗粒、高温防护涂层及其制备方法。
背景技术
钛和钛合金具有高的比强度、弹性模量、高温蠕变强度及低密度等优点，在航空航天、能源和化工等领域得到了广泛应用。然而，钛合金在高温下存在表面氧化及溶氧致脆问题，严重影响钛合金的高温热稳定性及使用寿命。合金化和高温防护涂层是对钛合金进行改性的两种方法，但合金化对钛合金高温性能的改善作用有限。因此，发展高性能高温抗氧化涂层成为钛合金高温应用的关键。
目前，钛合金表面高温防护涂层按照涂层性质可以分为两类：金属基涂层和陶瓷涂层。但金属基防护涂层(如Al涂层、Al-X涂层、Ti-Al-X涂层、MCrAlY涂层、准晶涂层、高熵合金涂层)在使用过程中，由于氧化膜的不断生长以及涂层与基体元素间的相互扩散，一方面引发涂层中抗氧化元素含量下降，导致涂层退化；另一方面扩散到基体的部分元素会恶化基体力学性能，从而使整体防护效果下降。因此，金属基高温防护涂层难以满足钛合金的高温防护需求。
与金属涂层相比，陶瓷类涂层，尤其是玻璃陶瓷涂层具有优异的高温稳定性和化学稳定性，不易发生退化失效，且自身不存在晶界等短路扩散通道，阻氧能力极强。在制备过程中，玻璃陶瓷涂层与钛合金基体发生化学反应，使涂层与基体形成界面结合而具有较高的结合力。但是，玻璃涂层的本征脆性使其热震防护性能较差，从而限制了玻璃涂层的广泛应用。目前，常加入Al2O3、YSZ陶瓷颗粒改善玻璃涂层的脆性，但是Al2O3、YSZ陶瓷颗粒对涂层的韧性改善作用有限，加入Al2O3、YSZ陶瓷颗粒的玻璃涂层热震防护性能需进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合玻璃陶瓷颗粒、高温防护涂层及其制备方法，以本发明的复合玻璃陶瓷颗粒制备的高温防护涂层具有优异的热震防护性能。
本发明提供了一种复合玻璃陶瓷颗粒，以质量分数计，包括硅酸盐玻璃颗粒50～90％，MAlB金属陶瓷颗粒10～50％；所述M为过渡金属。
优选的，所述硅酸盐玻璃颗粒与MAlB金属陶瓷颗粒的粒径独立地小于10μm。
优选的，所述MAlB包括MoAlB、Cr4AlB6、Cr3AlB4、Cr4AlB4和Cr2AlB2中的一种或多种。
优选的，以所述硅酸盐玻璃颗粒的质量为基准，所述硅酸盐玻璃颗粒包括以下质量百分含量的制备原料：Al2O32％～20％，B2O32％～20％，ZrO22％～10％，TiO22％～10％，化合物X 2％～15％，化合物Y 5％～20％，余量为SiO2；所述化合物X为CaO和SrO中的一种或两种与ZnO的复配物；所述化合物Y为碱金属化合物。
本发明还提供了上述方案所述一种高温防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
将含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料涂覆到基体表面，干燥后形成预制层，得到预制体；所述复合玻璃陶瓷颗粒为上述方案所述的复合玻璃陶瓷颗粒；
将所述预制体进行烧结，在所述基体表面形成高温防护涂层。
优选的，所述含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料中复合玻璃陶瓷颗粒的质量与所用有机溶剂的体积比为1g：(0.5～5)mL。
优选的，所述烧结的温度为900～1100℃，保温时间为5～30min。
优选的，所述涂覆的方式包括气动喷涂或浸涂。
优选的，所述高温防护涂层的厚度为20～500μm。
本发明还提供了上述方案所述制备方法制备得到的高温防护涂层，包括硅酸盐玻璃和MAlB金属陶瓷。
本发明提供了一种复合玻璃陶瓷颗粒，以质量分数计，包括硅酸盐玻璃颗粒50～90％，MAlB金属陶瓷颗粒10～50％；所述M为过渡金属。MAlB陶瓷颗粒在高温氧化环境中生成的氧化产物B2O3可作为玻璃网络形成物，快速加入到玻璃网络中降低局部玻璃陶瓷涂层的软化温度，加速玻璃的粘性流动进而促进涂层裂纹的自愈合，从而提高涂层的抗热震性能。而且，本发明通过控制MAlB金属陶瓷的百分含量，可以调整涂层的热膨胀系数，使其与钛合金基体形成良好的热膨胀匹配，减小热震条件下涂层内部的热应力，从而进一步提高涂层的抗热震性能。
同时，本发明的MAlB金属陶瓷颗粒在高温氧化的环境中会先生成保护性Al2O3而呈现出优异的抗氧化性能。
以本发明复合玻璃陶瓷颗粒制备的防护涂层在400～1000℃的温度范围内具有优异的抗高温氧化性及热震防护性能。
此外，采用本发明复合玻璃陶瓷颗粒制备的高温防护涂层，兼具玻璃涂层与MAlB金属陶瓷涂层的特点，相比于MAlB金属陶瓷涂层，本发明高温防护涂层中的Si会与钛合金中的Ti在烧结及氧化过程中生成Ti5Si3，形成更好的界面结合；并且因涂层以阻氧能力优异的玻璃相为主要相从而在700～1000℃温度范围内具有更低的氧化速率；相比于玻璃涂层，加入MAlB金属陶瓷颗粒后的玻璃涂层通过第二相强化使高温防护涂层具有更好的强度和韧性：MAlB金属陶瓷颗粒具较高硬度，加入玻璃涂层中后可以通过弥散强化增加玻璃涂层的力学性能，并且当裂纹扩展到MAlB/玻璃界面时会发生偏转，或扩展进入MAlB内部而被补获，可有效阻挡裂纹的失稳扩展，降低玻璃涂层的本征脆性和裂纹敏感性。
另外，本发明的高温防护涂层可以通过浸涂-烧结或气动喷涂-烧结的方法进行制备，制备工艺简单、成本较低，且高温熔烧法不受零件的形状限制，可在异形零部件的外表面以及内表面实现涂覆，因此该方法应用范围广，具有非常强的实用性。
附图说明
图1为实施例1制备得到的高温防护涂层截面的SEM图；
图2为实施例1和对比例1制备得到的高温防护涂层在800℃的恒温氧化动力学实验结果图；
图3为实施例1制备得到的高温防护涂层在800℃氧化100h后的SEM图；
图4为对比例1制备得到的高温防护涂层在800℃氧化100h后的SEM图；
图5为实施例2制备得到的高温防护涂层截面的SEM图；
图6为实施例2和对比例2制备得到的高温防护涂层在800℃的热震动力学实验结果图；
图7为实施例2制备得到的高温防护涂层在800℃热震循环100次后的SEM图；
图8为对比例2制备得到的高温防护涂层在800℃热震循环100次后的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种复合玻璃陶瓷颗粒，以质量分数计，包括硅酸盐玻璃颗粒50～90％，MAlB金属陶瓷颗粒10～50％；所述M为过渡金属。
在本发明中，以质量分数计，所述复合玻璃陶瓷颗粒包括硅酸盐玻璃颗粒50～90％，优选为60～80％，更优选为70～75％；包括MAlB金属陶瓷颗粒10～50％，优选为15～40％，更优选为25～35％。在本发明中，所述硅酸盐玻璃颗粒与MAlB金属陶瓷颗粒的粒径优选独立地小于10μm，更优选为2～8μm，进一步优选为5～6μm；所述MAlB包括MoAlB、Cr4AlB6、Cr3AlB4、Cr4AlB4和Cr2AlB2中的一种或多种。在本发明中，所述硅酸盐玻璃颗粒优选包括以下质量百分含量的制备原料：Al2O32％～20％，B2O32％～20％，ZrO22％～10％，TiO22％～10％，化合物X 2％～15％，化合物Y 5％～20％，余量为SiO2；所述化合物X为CaO和SrO中的一种或两种与ZnO的复配物；所述化合物Y为碱金属化合物；所述碱金属化合物优选包括KNO3、NaOH、Na2O和K2O中的一种或多种。在本发明中，所述硅酸盐玻璃颗粒的制备过程优选为：将所述制备原料置于球磨机中混合均匀进行熔炼，将熔炼产物进行水淬得到玻璃；将所述玻璃进行球磨，得到硅酸盐玻璃颗粒。在本发明中，所述熔炼温度优选为1450～1700℃，更优选为1500～1600℃，进一步优选为1550～1580℃，时间优选为2～12h，更优选为4～8h，进一步优选为6～7h。本发明对所述水淬没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案即可。本发明对于所述球磨没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案将玻璃球磨至粒径小于10μm的硅酸盐玻璃颗粒即可。
在本发明中，MAlB陶瓷颗粒在高温氧化过程中会先生成保护性Al2O3而呈现出优异的抗氧化性能，同时在高温氧化的环境中生成的氧化产物B2O3可作为玻璃网络形成物，快速加入到玻璃网络中而降低局部玻璃陶瓷涂层的软化温度，加速玻璃的粘性流动进而促进涂层裂纹的自愈合，从而提高了涂层的抗热震性能。而且，本发明通过控制MAlB金属陶瓷的百分含量，可以调整涂层的热膨胀系数，使其与钛合金基体形成良好的热膨胀匹配，减小热震条件下涂层内部的热应力，从而进一步提高涂层的抗热震性能。以本发明复合玻璃陶瓷颗粒制备的防护涂层在400～1000℃的温度范围内具有优异的抗高温氧化性及热震防护性能。
采用本发明复合玻璃陶瓷颗粒制备的高温防护涂层，兼具玻璃涂层与MAlB金属陶瓷涂层的特点，相比于MAlB金属陶瓷涂层，当基体为钛合金时本发明高温防护涂层中的Si会与钛合金中的Ti在烧结及氧化过程中生成Ti5Si3，形成更好的界面结合；并且因涂层以阻氧能力优异的玻璃相为主要相从而在700～1000℃温度范围内具有更低的氧化速率；相比于玻璃涂层，加入MAlB金属陶瓷颗粒后的玻璃涂层通过第二相强化使高温防护涂层具有更好的强度和韧性：MAlB金属陶瓷颗粒具较高硬度，加入玻璃涂层中后可以通过弥散强化增加玻璃涂层的力学性能，并且当裂纹扩展到MAlB/玻璃界面时会发生偏转，或扩展进入MAlB内部而被补获，可有效阻挡裂纹的失稳扩展，降低玻璃涂层的本征脆性和裂纹敏感性。
本发明还提供了一种高温防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
将含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料涂覆到基体表面，干燥后形成预制层，得到预制体；所述复合玻璃陶瓷颗粒为上述方案所述的复合玻璃陶瓷颗粒；
将所述预制体进行烧结，在所述基体表面形成高温防护涂层；所述烧结的温度为900～1100℃。
本发明将含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料涂覆到基体表面，干燥后形成预制层，得到预制体。在本发明中，所述复合玻璃陶瓷颗粒为上述方案所述的复合玻璃陶瓷颗粒。
本发明将含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料涂覆到基体表面前，优选将所述基体表面进行打磨、喷砂处理、清洗和干燥。在本发明中，所述基体优选包括钛合金，所述钛合金优选包括α钛合金、β钛合金、α+β钛合金或钛铝合金。本发明对于所述打磨没有特殊的限定，在本发明实施例中，具体是采用400目水磨砂纸去除BT25y合金表面的切割痕迹，再用800目水磨砂纸去除400目水磨砂纸产生的打磨痕迹。在本发明中，所述喷砂处理优选采用树脂砂、玻璃珠、氧化铝刚玉砂、石榴石、石英砂、金属磨料或陶瓷砂；所述喷砂处理的时间优选为1～30min，更优选为10～25min，进一步优选为15～20min；压强优选为0.1～1MPa，更优选为0.2～0.8MPa，进一步优选为0.5～0.6MPa。所述清洗的优选依次在丙酮、乙醇中进行。本发明对于所述清洗的时间没有特殊的限定，将基体表面的杂质清洗干净即可。在本发明实施例中，具体是在丙酮和乙醇中分别清洗10min。在本发明中，所述干燥优选为用冷风吹干。
在本发明中，所述含复合玻璃陶瓷颗粒的浆料的制备方法优选包括以下步骤：将所述复合玻璃陶瓷颗粒混合粉末与有机溶剂混合均匀，得到所述含复合玻璃陶瓷颗粒的浆料。在本发明中，所述复合玻璃陶瓷颗粒的浆料中复合玻璃陶瓷颗粒的浓度优选为0.2～2g/mL，更优选为1～0.8g/mL，进一步优选为1.2～1.6g/mL。在本发明中，所述有机溶剂优选包括乙醇、甲醇、乙酸乙酯和去离子水中的一种。本发明对于所述混合没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案混合均匀即可。在本发明中，所述分散的方式优选为球磨，所述球磨的转速优选为200～500r/min，更优选为300～400r/min，进一步优选为350～380r/min，时间优选为20～200min，更优选为60～180min，进一步优选为100～160min。在本发明中，所述含有玻璃陶瓷颗粒的浆料涂覆的方式优选包括气动喷涂或浸涂。在本发明中，所述气动喷涂的气压优选为0.2～0.4MPa，更优选为0.3～0.35MPa，喷涂距离优选为10～40cm，更优选为15～30cm，进一步优选为20～25cm。本发明的高温防护涂层通过浸涂-烧结或气动喷涂-烧结的方法进行制备，制备工艺简单、成本较低，且高温熔烧法不受零件的形状限制，可在异形零部件的外表面以及内表面实现涂覆。
得到预制体后，本发明将所述预制体进行烧结，在所述基体表面形成高温防护涂层。在本发明中，所述高温防护涂层的厚度优选为20～500μm，更优选为25～200μm，进一步优选为40～100μm。
本发明将所述预制体进行烧结前，优选将所述预制体进行烘干。所述烘干的温度优选为150～300℃，更优选为180～250℃，进一步优选为200～220℃；时间优选为10～30min，更优选为15～25min，进一步优选为18～20min。
在本发明中，所述烧结的温度为900～1100℃，优选为950～1000℃，时间优选为5～30min，更优选为10～25min，进一步优选为15～20min。在本发明中，烧结提高涂层的致密性、与基体的润湿性，并且当基体为钛合金时高温防护涂层中的Si会与钛合金中的Ti生成Ti5Si3。
本发明还提供了上述方案所述制备方法制备得到的高温防护涂层，包括硅酸盐玻璃和MAlB金属陶瓷。本发明所述的高温防护层在高温氧化的环境中会生成Al2O3而呈现出优异的抗氧化性能，同时在高温氧化的环境中生成的B2O3可作为玻璃网络形成物，快速加入到玻璃网络中而降低局部玻璃陶瓷涂层的软化温度，加速玻璃的粘性流动进而促进涂层裂纹的自愈合。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的复合玻璃陶瓷颗粒、高温防护涂层及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用400目水磨砂纸去除BT25y合金表面的切割痕迹，再用800目水磨砂纸去除400目水磨砂纸产生的打磨痕迹，然后采用氧化铝刚玉砂进行喷砂处理，喷砂的压力为0.4MPa，时间为2min。随后，依次在丙酮和乙醇中分别超声清洗10min，冷风吹干后备用。
所述硅酸盐玻璃颗粒采用传统的熔炼-水淬-球磨工艺制备，硅酸盐玻璃的原料组成为：ZnO 9.00％，Al2O35.98％，CaO 3.66％，ZrO25.29％，TiO22.75％，B2O34.66％，KNO37.00％，Na2O 3.40％，余量为SiO2。制备过程为：将纯度为分析纯的原材料通过干磨均匀混合，球磨机的转速为250r/min，时间为200min，在1450℃下熔炼10h，随后水淬得到玻璃陶瓷，最后再利用球磨机对烘干后的玻璃陶瓷进行球磨，球磨转速为500r/min，时间为100h，最终得到粒径小于5μm的硅酸盐玻璃颗粒。
将粒径小于5μm的MoAlB金属陶瓷颗粒与所述硅酸盐玻璃颗粒混合均匀，得到复合玻璃陶瓷颗粒；所述复合玻璃陶瓷颗粒中含有15wt％的MoAlB，85wt％的硅酸盐玻璃。将所述复合玻璃陶瓷颗粒与乙醇按照10g：16mL的比例末置于球磨机(转速为340r/min，时间为120min)中球磨分散均匀，得到含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料。
采用气动喷涂的方法将含有玻璃陶瓷颗粒的浆料预置于经处理后的BT25y合金表面，得到预制体。喷涂气压为0.4MPa，喷涂距离为30cm；将所述预制体在250℃下烘干10min后置于高温井式氧化炉中烧结，烧结温度为1000℃，时间为5min。
最后取出样品空冷至室温，在BT25y合金表面制备得到厚度为40μm的高温防护涂层。
对比例1
与实施例1不同的仅是：采用硅酸盐玻璃颗粒制备涂层。
对实施例1制备得到的高温防护涂层的截面进行SEM分析，结果如图1所示。由图1可知，该高温防护涂层与基体结合良好，MoAlB金属陶瓷颗粒分散均匀，表明涂层在高温熔烧过程中成膜良好。
对实施例1和对比例1制备得到的高温防护涂层在800℃进行恒温氧化动力学实验，结果如图2及表1所示。
表1实施例1和对比例1制备得到的高温防护涂层在800℃的恒温氧化动力学实验结果
Figure GDA0004173888090000071
Figure GDA0004173888090000081
由图2及表1可知，在相同氧化时间下实施例1制备的高温防护涂层的氧化增重略高于对比例1的高温防护涂层。这是由于MoAlB颗粒与氧气发生反应所致。总体而言，实施例1制备的高温防护涂层同样展现出良好的恒温抗氧化性能。
对实施例1和对比例1制备得到的高温防护涂层在800℃氧化100h后分别进行SEM分析，实验结果如图3和图4所示。由图3～4可知，两种涂层表面均光滑致密，呈现明显的玻璃光泽，在试验条件下没有出现涂层开裂或剥落，对BT25y合金提供了有效的高温防护。
实施例2
采用400目水磨砂纸去除BT25y合金表面的切割痕迹，再用800目水磨砂纸去除400目水磨砂纸产生的打磨痕迹，然后采用氧化铝刚玉砂进行喷砂处理，喷砂的压力为0.4MPa，时间为2min。随后，依次在丙酮和乙醇中分别超声清洗10min，冷风吹干后备用。
所述硅酸盐玻璃颗粒采用传统的熔炼-水淬-球磨工艺制备，硅酸盐玻璃的原料组成为：Al2O310％，TiO23％，SrO 6％，B2O36％，K2O6％，Na2O 6％，余量为SiO2。制备过程为：将纯度为分析纯的原材料通过干磨均匀混合，球磨机的转速为200r/min，时间为240min，在1500℃下熔炼8h，随后水淬得到玻璃陶瓷，最后再利用球磨机对烘干后的玻璃陶瓷进行球磨，球磨转速为500r/min，时间为100h，最终得到粒径小于5μm的硅酸盐玻璃颗粒。
将粒径小于5μm的MoAlB金属陶瓷颗粒与所述硅酸盐玻璃颗粒混合均匀，得到复合玻璃陶瓷颗粒；所述复合玻璃陶瓷颗粒中含有25wt％的MoAlB，75wt％的硅酸盐玻璃。将所述复合玻璃陶瓷颗粒与乙醇按照10g：20mL的比例末置于球磨机(转速为300r/min，时间为180min)中球磨分散均匀，得到含有玻璃陶瓷颗粒的浆料。
采用气动喷涂的方法将含有玻璃陶瓷颗粒的浆料预置于经处理后的BT25y合金表面，得到预制体。喷涂气压为0.3MPa，喷涂距离为25cm；将所述预制体在250℃下烘干10min后置于高温井式氧化炉中烧结，烧结温度为900℃，时间为10min。
最后取出样品空冷至室温，在BT25y合金表面制备得到厚度为25μm的高温防护涂层。
对比例2
与实施例2不同的仅是：采用硅酸盐玻璃颗粒制备涂层。
对实施例2制备得到的高温防护涂层的截面进行SEM分析，结果如图5所示。由图5可知，该复合高温抗氧化涂层与基体结合良好，MoAlB金属陶瓷颗粒分散均匀，表明涂层在高温熔烧过程中成膜良好。
对实施例2和对比例2制备得到的高温防护涂层在800℃进行热震动力学实验，实验结果如图6所示及表2所示。热震条件为：当氧化炉升温至800℃后放入样品并保温10min后进行水淬，随后在50℃烘箱中烘干样品，以此为一个循环，五个循环后对样品进行称重获得热震动力学曲线。由图可6可知，在热震循环前50次，实施例2的高温防护涂层氧化增重略高于对比例2的玻璃涂层；而在热震循环50次后，实施例2的高温防护涂层氧化增重低于对比例2的玻璃涂层，这是由于玻璃涂层热震开裂，氧气通过裂纹扩散至基体，和基体反应使氧化增重增加。
表2实施例1和对比例1制备得到的高温防护涂层在800℃的热震动力学实验结果
Figure GDA0004173888090000091
Figure GDA0004173888090000101
对实施例2和对比例2制备得到的高温防护涂层在800℃热震循环100次后进行SEM分析，实验结果如图7和图8所示。由图7～8可知，玻璃涂层热震100次后，涂层出现明显开裂，裂纹为氧气提供扩散通道，使氧扩散至基体中形成溶氧脆性层，导致涂层裂纹延伸至基体内部；对比而言，实施例2的高温防护涂层经热震循环100次后，涂层依然完整，无裂纹产生。因此，结合图6的热震动力学结果可以说明，采用本发明复合玻璃陶瓷颗粒制备的高温防护涂层具有优异的抗热震性能。
以上实验结果证明，本发明制备的高温防护涂层结构致密、与钛合金基体结合良好。相比于单一玻璃陶瓷涂层，本发明采用复合玻璃陶瓷颗粒制备的高温防护涂层具有优异的抗氧化性能和抗热震性能，能延长玻璃涂层的使用寿命，可对钛合金提供有效的高温防护。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种复合玻璃陶瓷颗粒，其特征在于，以质量分数计，包括硅酸盐玻璃颗粒50～90％，MAlB金属陶瓷颗粒10～50％；所述M为过渡金属；
所述MAlB包括MoAlB、Cr4AlB6、Cr3AlB4、Cr4AlB4和Cr2AlB2中的一种或多种；
所述硅酸盐玻璃颗粒包括以下质量百分含量的制备原料：Al2O32％～20％，B2O32％～20％，ZrO22％～10％，TiO22％～10％，化合物X2％～15％，化合物Y5％～20％，余量为SiO2；所述化合物X为CaO和SrO中的一种或两种与ZnO的复配物；所述化合物Y为碱金属化合物；所述碱金属化合物包括KNO3、NaOH、Na2O和K2O中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的复合玻璃陶瓷颗粒，其特征在于，所述硅酸盐玻璃颗粒与MAlB金属陶瓷颗粒的粒径独立地小于10μm。
3.一种高温防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料涂覆到基体表面，干燥后形成预制层，得到预制体；所述复合玻璃陶瓷颗粒为权利要求1～2任一项所述的复合玻璃陶瓷颗粒；
将所述预制体进行烧结，在所述基体表面形成高温防护涂层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含有复合玻璃陶瓷颗粒的浆料中复合玻璃陶瓷颗粒的浓度为0.2～2g/mL。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为900～1100℃，保温时间为5～30min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆的方式包括气动喷涂或浸涂。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温防护涂层的厚度为20～500μm。
8.权利要求3～7任一项所述制备方法制备得到的高温防护涂层，其特征在于，包括硅酸盐玻璃和MAlB金属陶瓷。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101935166A (zh) * 2010-08-26 2011-01-05 陕西科技大学 一种高温抗氧化玻璃陶瓷涂层的制备方法
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
CN106747462A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 西北有色金属研究院 过渡金属硼化物‑玻璃超高温抗氧化复合材料及其制备方法
CN107555998A (zh) * 2017-09-14 2018-01-09 北京交通大学 高纯度Fe2AlB2陶瓷粉体及致密块体的制备方法
CN110743765A (zh) * 2019-10-28 2020-02-04 西北有色金属研究院 一种钛合金铸锭表面玻璃涂层及其制备方法
CN111873570A (zh) * 2019-09-02 2020-11-03 中国科学院过程工程研究所 一种mab相陶瓷-金属层状复合材料及其制备方法与用途
CN114044679A (zh) * 2021-11-22 2022-02-15 湖南兴晟新材料科技有限公司 一种高强韧超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
CN114457303A (zh) * 2021-07-27 2022-05-10 福建恒而达新材料股份有限公司 一种碳素钢热障陶瓷涂层及制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210164094A1 (en) * 2017-09-18 2021-06-03 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved chromatography of metal interacting analytes

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101935166A (zh) * 2010-08-26 2011-01-05 陕西科技大学 一种高温抗氧化玻璃陶瓷涂层的制备方法
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
CN106747462A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 西北有色金属研究院 过渡金属硼化物‑玻璃超高温抗氧化复合材料及其制备方法
CN107555998A (zh) * 2017-09-14 2018-01-09 北京交通大学 高纯度Fe2AlB2陶瓷粉体及致密块体的制备方法
CN111873570A (zh) * 2019-09-02 2020-11-03 中国科学院过程工程研究所 一种mab相陶瓷-金属层状复合材料及其制备方法与用途
CN110743765A (zh) * 2019-10-28 2020-02-04 西北有色金属研究院 一种钛合金铸锭表面玻璃涂层及其制备方法
CN114457303A (zh) * 2021-07-27 2022-05-10 福建恒而达新材料股份有限公司 一种碳素钢热障陶瓷涂层及制备方法
CN114044679A (zh) * 2021-11-22 2022-02-15 湖南兴晟新材料科技有限公司 一种高强韧超高温陶瓷基复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钛合金高温防氧化玻璃-陶瓷涂料的制备及表征;李娜娜;陈国清;付雪松;周文龙;;涂料工业(第08期);第60-65页 *

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