CN115259669A - 掺杂不同纳米颗粒的搪玻璃材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料涂层技术领域，公开了一种纳米添加剂ZrB2、Al2O3搪玻璃复合涂料。使得搪玻璃涂层经热冲击产生的裂缝能够自动愈合。其制备工艺为：在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在10g:16ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到金属器壁上。在300℃下干燥20分钟，然后在800℃下烧结5分钟，形成E20N、E16Y和E05ZB的搪玻璃复合涂层。分别将其涂在0.01C‑18Cr‑9Ni、Ti‑45Al‑2Mn‑2Nb、0.04C‑13Cr‑8Ni‑2Mo‑1Al、0.06C‑2Si‑1Mn(质量百分数)基体上，分析裂缝修复的时间，比较了不同工况下的修复能力。本发明使搪玻璃在热冲击下产生的裂缝可以自我修复，减小了搪玻璃涂层在高温冲击环境下工作时脱落的概率，提高了搪玻璃涂层的可靠性，对设备的防护具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明是关于复合材料涂层技术领域，涉及ZrB2在提高搪玻璃涂层裂缝自修复能力中的应用。
背景技术
搪玻璃是一种无机氧化玻璃，烧制在金属基体表面，最初用于防止铁基金属生锈。随着阳离子的应用和成分的不断改进，该搪瓷涂层逐渐显示出硬度高、耐热性好、耐磨性好、与基材结合力强等优点，可适用于高温、侵蚀、酸碱溶液等恶劣环境。研究人员发现，通过调节氧化物的种类和比例，搪瓷可以与不同的合金材料发生反应，形成稳定、坚固的涂层/基体界面，从而能够匹配各种基体材料，包括铁合金、超级合金和钛合金。
然而，其脆性和裂纹敏感性使得搪瓷涂层在高温环境中应用困难。在热循环条件下，抑制搪玻璃涂层在应用前的剥落是需要首要解决的问题。
对于涂层，有两种方法可以提高其韧性，从而提高抗剥落性:
(1)延缓裂纹萌生或阻止裂纹扩展；
(2)允许裂纹自愈合。对于本质上为玻璃的搪瓷，加入韧性第二相Ni、Al、Cu、Mo、V、W、316l不锈钢或NiCrAlY合金，但不能阻止裂纹的扩展。由于热应力的反复作用，即使在韧性存在的情况下，裂纹最终也会扩展。最好的方法是使搪玻璃涂层的裂缝在形成后迅速自愈。因此，尝试自我修复对于提高搪玻璃涂层的可靠性有着特别有意义。
发明内容
本发明的目的是为了提高搪玻璃材料在热冲击下产生裂缝，使裂缝自我修复，提高搪玻璃涂层的可靠性。
本发明是设计了一种纳米添加剂ZrB2、Al2O3搪玻璃复合涂料。使得搪玻璃涂层经热冲击产生的裂缝能够自动愈合。其制备工艺为：在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在10g:16ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到金属器壁上。在300℃下干燥20分钟，然后在800℃下烧结5分钟，形成E20N、E16Y和E05ZB的搪玻璃复合涂层。
所述的金属基体的主要成分分别为0.01C-18Cr-9Ni、Ti-45Al-2Mn-2Nb、0.04C-13Cr-8Ni-2Mo-1Al、0.06C-2Si-1Mn(质量百分数)。
所述的研磨试样初始尺寸为20×10×3mm。
所述复合涂层的釉质基体为SiO2-10Al2O3-6B2O3-6Na2O-6K2O-6SrO2(质量百分数)
本发明的创新性主要是以向传统搪玻璃涂层内加入了ZrB2、Al2O3纳米颗粒，是搪玻璃涂层在热冲击下产生的裂缝能够快速自我修复，防止涂层掉落，提高了涂层的使用寿命。
附图说明
图1本发明实施例1所得到的涂层的显微结构；
图2本发明实施例1所得到的涂层修复前后显微结构；
具体实施方式
实施例1
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:30ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器0.01C-18Cr-9Ni壁上。在300℃下干燥20分钟。在热冲击产生裂痕后，750℃下，20分钟可完全恢复。
实施例2
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器Ti-45Al-2Mn-2Nb壁上。在300℃下干燥20分钟。在热冲击产生裂痕后，750℃下，30分钟可完全恢复。
实施例3
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器0.04C-13Cr-8Ni-2Mo-1Al壁上。在300℃下干燥20分钟。在热冲击产生裂痕后，750℃下，15分钟可完全恢复。
实施例4
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器0.06C-2Si-1Mn壁上。在300℃下干燥20分钟。在热冲击产生裂痕后，750℃下，35分钟可完全恢复。
实施例5
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器0.01C-18Cr-9Ni壁上。在800℃下烧结5分钟。在热冲击产生裂痕后，800℃下，10分钟可完全恢复。
实施例6
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器Ti-45Al-2Mn-2Nb壁上。在800℃下烧结5分钟。在热冲击产生裂痕后，800℃下，20分钟可完全恢复。
实施例7
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器0.04C-13Cr-8Ni-2Mo-1Al壁上。在800℃下烧结5分钟。在热冲击产生裂痕后，800℃下，5分钟可完全恢复。
实施例8
在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在20g:35ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到器0.06C-2Si-1Mn壁上。在800℃下烧结5分钟。在热冲击产生裂痕后，800℃下，30分钟可完全恢复。
Claims (5)
1.掺杂不同纳米颗粒的搪玻璃材料制备方法，其特征是：在搪瓷材料中添加纳米Al2O3、ZrB2，使得搪瓷材料在低于或接近软化温度的温度下，经热冲击产生的裂缝能够自动愈合。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：在干燥条件下，在玛瑙容器将釉质颗粒研磨至小于10μm。然后，加入质量分数为8％Ni、7％Fe和1％ZrB2、5％Al2O3纳米颗粒(30～150nm)，研磨搅拌20h。将混合后的粉末分散在10g:16ml的乙醇介质中，用超声波机处理，形成悬浮液，然后将其喷到金属器壁上。在300℃下干燥20分钟，然后在800℃下烧结5分钟，形成E20N和E16Y的搪玻璃复合涂层。
3.如权利要求1所述的应用，其特征是：所述的金属基体的主要成分可以为0.01C-18Cr-9Ni、Ti-45Al-2Mn-2Nb、0.04C-13Cr-8Ni-2Mo-1Al、0.06C-2Si-1Mn(质量百分数)。
4.如权利要求1所述的应用，其特征是：所述的研磨试样初始尺寸为20×10×3mm。
5.如权利要求1所述的应用，其特征是：所述复合涂层的釉质基体为SiO2-10Al2O3-6B2O3-6Na2O-6K2O-6SrO2(质量百分数)。
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