CN1203210C - 一种陶瓷涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷涂层的制备方法，涉及化工、环境和材料加工领域，以陶瓷粉末为原料，采用冷喷涂方法制备陶瓷涂层，特别是制备氧化钛光催化涂层。若以氧化钛块体粉末或氧化钛团聚粉末为原料，采用冷喷涂在基体上沉积二氧化钛涂层。按本发明制备的TiO2涂层，能够在小于600℃的条件下形成涂层，可以将原始粉末的结构与性能较好地移植到涂层中，尤其是在纳米结构涂层制备和高性能光催化涂层制备方面具有突出地优越性。该方法工艺简单、生产成本低廉、可控性好、对基体影响小。本发明的实施将可以制备结构与性能更加优越的陶瓷涂层，尤其是可以制备高性能的纳米结构涂层，特别是光催化氧化钛涂层。
Description
一、技术领域
本发明涉及化工、环境和材料加工领域的一种涂层的制备方法，特别涉及一种陶瓷涂层的制备方法。
二、背景技术
喷涂陶瓷涂层技术是一种灵活高效、成本低廉的陶瓷涂制备方法，在航空航天、电力、机械、石油、化工等领域有广泛的应用。
现有的喷涂陶瓷涂层技术采用热喷涂的方法，其中包括等离子喷涂、火焰粉末喷涂或火焰棒材喷涂、亚音速火焰喷涂、超音速火焰喷涂、超音速等离子喷涂、爆炸喷涂。在这些喷涂方法中，材料经历熔化后在基体表面沉积并冷却凝固的过程，发生不可避免的晶体结构转变，对某些材料，这些晶体结构转变是不希望的。此外，在采用纳米结构陶瓷粉末进行喷涂时，熔化的发生使纳米结构消失，致使所得到的涂层只有一部分是纳米结构，其余部分是常规的微晶结构或非晶结构。由于喷涂热源和熔融喷涂粒子对基体的热作用，基体的某些性能也受到影响。总之，现有热喷涂陶瓷涂层技术存在发生不希望的结构变化和对基体热影响较大的缺陷。
三、发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种新的工艺简单、生产成本低廉、可控性好、对基体影响小的一种陶瓷涂层的制备方法，本方法制备的陶瓷涂层结构与性能更加优越，尤其是可以制备高性能的纳米结构涂层，特别是光催化氧化钛涂层。
本发明的技术思路是以陶瓷粉末为原料，采用冷喷涂方法制备陶瓷涂层。
本发明是通过下述方案实现的：
一种陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)对基体进行预处理；
(2)采用冷喷涂，以陶瓷粉末为原料在基体上沉积形成陶瓷涂层，所述陶瓷粉末为氧化钛块体粉末或氧化钛团聚粉末，其中氧化钛块体粉末呈棱角尖锐的多角形形貌，氧化钛团聚粉末为有机物为粘结剂团聚的粉末或其它氧化物作为粘结剂或氢氧化物作为粘结剂团聚的粉末或微细粉末直接团聚成的粉末。
所述的氧化钛块体粉末或氧化钛团聚粉末的尺寸为5-50μm。
所述的氧化钛是化学平衡整比的二氧化钛或发生失氧的化学非平衡非整比的TinO2n-1，其中n为自然数，或两者的混合；氧化钛晶体结构是锐钛矿相或金红石相或两者的混合；氧化钛是单纯氧化钛或经过搀杂的氧化钛，其中搀杂的氧化钛是搀杂元素为铝、铁、铜、铬、锌、钒、锰、硅、钴、银、镉、锆或钨中一种或几种元素的氧化钛。
所述陶瓷粉末还可以是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷或这些陶瓷材料的混合粉末或复合粉末，粉末是块体粉末或团聚粉末。
氧化钛块体粉末可以是块体氧化钛粉碎得到的用于喷涂的颗粒直径在5～50μm的氧化钛粉末，由于氧化钛为脆性材料，所以该氧化钛粉末呈棱角尖锐的多角形形貌。在涂层沉积时，高速粉末颗粒撞击在基体表面，主要以嵌入基体的方式形成陶瓷涂层。
氧化钛团聚粉末是直径在5～50μm的喷涂粉末，由尺寸为0.1～5μm的微细粉末团聚而成的粉末，可以是以有机物为粘结剂团聚的粉末，可以是微细粉末直接团聚成的粉末。在涂层沉积时，高速粉末颗粒撞击在基体表面，发生变形后扁平沉积在基体表面形成陶瓷涂层。
氧化钛团聚粉末是由尺寸为0.001～0.1μm的纳米粉末团聚而成的纳米结构粉末，可以是以有机物为粘结剂团聚的粉末，可以是其它氧化物作为粘结剂或氢氧化物作为粘结剂团聚的粉末，还可以是微细粉末直接团聚成的粉末。
预处理可以采用冷喷涂方式实施，在较小的喷涂粉末粒子速度情况下，粉末粒子不足以沉积形成涂层，但对涂层起到喷砂粗化的预处理作用。
本发明的实施可以制备结构与性能更加优越的陶瓷涂层，尤其是可以制备高性能的纳米结构涂层，特别是光催化氧化钛涂层。
四、附图说明
图1为实施本发明涉及的氧化钛块体粉末的形貌照片。
图2为实施本发明涉及的搀杂氧化铁的氧化钛团聚粉末的形貌照片。
图3为采用氧化钛块体粉末制备的氧化钛光催化涂层的X射线衍射图谱。
图4为采用氧化钛团聚粉末制备的氧化钛光催化涂层的X射线衍射图谱。
图5为采用氧化钛块体粉末制备的氧化钛光催化涂层的表面形貌。
图6为采用氧化钛团聚粉末制备的氧化钛光催化涂层的表面形貌。
图7为采用氧化钛团聚粉末制备的氧化钛光催化涂层的断面形貌
图8为采用纳米结构氧化钛团聚粉末制备的纳米结构氧化钛光催化涂层的表面形貌。
五、具体实施方式
下面结合附图和发明人依照本发明的技术方案作出的具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例。
实施例1：参见图1，图1为实施本发明涉及的氧化钛块体粉末的形貌照片。该粉末为熔炼破碎法制造的块体氧化钛粉末，呈多角形的形貌，晶体结构为金红石型。
实施例2：参见图2。图2为实施本发明涉及的搀杂氧化铁的氧化钛团聚粉末的形貌照片。该粉末是由直径为0.2μm的锐钛矿型TiO2微粉并加入10％的Fe3O4微粒通过喷雾(Spray)造粒法制造的复合粉末，粉末呈球形，采用DAX分析证实其中机械掺杂的Fe3O4微粒均匀分布于粉末中。
实施例3：参见图3。图3为采用氧化钛块体粉末制备的氧化钛光催化涂层的X射线衍射图谱。采用实施例1所述的粉末，按照本发明的思路，在不锈钢基体上制备氧化钛陶瓷光催化涂层，涂层晶体结构呈金红石型，保持与原始粉末一致，也就是说，该工艺方法将粉末的晶体结构基本完全移植到涂层中。采用该涂层进行光催化降解水中苯酚和气体中乙醛的试验表明，该涂层具有良好的光催化性能。
实施例4：参见图4。图4为采用氧化钛团聚粉末制备的氧化钛光催化涂层的X射线衍射图谱。采用锐钛矿型氧化钛团聚粉末，按照本发明的思路，在不锈钢基体上制备氧化钛陶瓷光催化涂层，涂层晶体结构呈锐钛矿型，保持与原始粉末一致，也就是说，该工艺方法将粉末的晶体结构基本完全移植到涂层中。采用该涂层进行光催化降解水中苯酚和气体中乙醛的试验表明，该涂层具有良好的光催化性能。
实施例5：参见图5。图5为采用氧化钛块体粉末制备的氧化钛光催化涂层的表面形貌。图中形貌类似记号“1”所表示的棱角尖锐的部分为氧化钛，形貌类似记号“2”所表示的部分为不锈钢基体。采用该涂层进行光催化降解水中苯酚和气体中乙醛的试验表明，该涂层具有良好的光催化性能。
实施例6：参见图6。图6为采用氧化钛团聚粉末制备的氧化钛光催化涂层的表面形貌。可以发现原始球状粉末已经发生了扁平化，在基体上沉积形成了涂层。
实施例7：参见图7。图7为采用氧化钛团聚粉末制备的氧化钛光催化涂层的断面形貌。可以看到，在基体上形成了一定厚度的涂层，厚度为3～50.2μm，均匀覆盖在涂层基体表面。
实施例8：参见图8。图8为采用纳米结构氧化钛团聚粉末制备的纳米结构氧化钛光催化涂层。可以发现，涂层呈现出与原始粉末结构类似的纳米结构，由于颗粒之间不是完全致密，所以涂层的比表面积较大，采用该涂层进行光催化降解水中苯酚和气体中乙醛的试验表明，该涂层具有非常优越的光催化性能。
Claims (5)
1.一种陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)对基体进行预处理；
(2)采用冷喷涂，以陶瓷粉末为原料在基体上沉积形成陶瓷涂层，所述陶瓷粉末为氧化钛块体粉末或氧化钛团聚粉末，其中氧化钛块体粉末呈棱角尖锐的多角形形貌，氧化钛团聚粉末为有机物为粘结剂团聚的粉末或其它氧化物作为粘结剂或氢氧化物作为粘结剂团聚的粉末或微细粉末直接团聚成的粉末。
2.根据权利要求1所述的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述的氧化钛块体粉末或氧化钛团聚粉末的尺寸为5-50μm。
3.根据权利要求1所述的陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述的氧化钛是化学平衡整比的二氧化钛或发生失氧的化学非平衡非整比的TinO2n-1，其中n为自然数，或两者的混合；氧化钛晶体结构是锐钛矿相或金红石相或两者的混合；氧化钛是单纯氧化钛或经过搀杂的氧化钛，其中搀杂的氧化钛是搀杂元素为铝、铁、铜、铬、锌、钒、锰、硅、钴、银、镉、锆或钨中一种或几种元素的氧化钛。
4.根据权利要求1所述的陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉末还包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物陶瓷或这些陶瓷材料的混合粉末或复合粉末，粉末是块体粉末或团聚粉末。
5、根据权利要求1所述的陶瓷的制备方法，其特征在于，所述预处理采用冷喷涂方式实施，在较小的喷涂粉末粒子速度情况下，粉末粒子不足以沉积形成涂层，但对涂层起到喷砂粗化的预处理作用。
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