CN1223552C - 一种陶瓷与有机粘结剂的复合材料涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在材料表面制备陶瓷与有机粘结剂材料构成的复合涂层及其制备方法，该方法首先采用热喷涂方法制备陶瓷涂层，然后再用有机粘结剂浸渗，使有机粘结剂从涂层的表面渗入整个涂层的气孔内，并可以达到涂层与基体的界面，将涂层内的空隙充分填充，并将未完全结合在一起的粒子以及涂层与基体界面粘结在一起，而构成陶瓷与有机粘结剂复合材料涂层。该复合涂层可以广泛用于电力、化工等领域，能够有效提高单一陶瓷涂层的耐磨性、强度、耐腐蚀、绝缘与密封等性能。
Description
技术领域
本发明涉及机械、冶金、化工、电力等工业领域应用的一种在材料表面制备具有优越耐磨损与耐腐蚀性能的涂层的制备方法，具体涉及一种陶瓷与有机粘结剂的复合材料涂层的制备方法。
背景技术
热喷涂陶瓷涂层技术已经获得了广泛的工业应用，由于涂层内存在显微气孔，从其表面贯通至涂层与基体界面，不仅涂层的强度、硬度与耐磨损性能较同质块材大幅度下降，同时不能有效起到耐腐蚀作用。为了使陶瓷涂层充分发挥其潜在性能，保护基体材料在使用过程中不被腐蚀，一般采用有机或无机封孔剂对涂层进行封孔处理。这种处理一般仅仅使封孔剂材料渗入到涂层表层的一定深度，起到阻止腐蚀性介质通过涂层达到基体表面。
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，提供一种陶瓷与有机粘结剂的复合材料涂层的制备方法，该方法采用具有粘结强度的有机粘结剂浸渗到涂层气孔内，在实现封孔的同时，将涂层内粒子、涂层与基体牢固地粘结在一起制备陶瓷有机粘结剂复合材料，实现涂层多方面性能的强化。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于热喷涂制备陶瓷与有机粘结剂的复合材料涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先采用热喷涂方法在材料表面制备陶瓷涂层；
2)然后使用具有流动性与粘结性能的有机粘结剂涂覆在陶瓷涂层表面；所述有机粘结剂为具有一定粘结强度的可作为粘结剂使用的有机高分子材料，在一定温度范围内具有一定流动性和对材料的润湿性；
3)进行浸渗与固化处理，使有机粘结剂在完全固化前渗入陶瓷涂层，并在其中固化。
本发明的其它一些特点是，先采用金属、合金、金属陶瓷、陶瓷或它们的混合物在材料上打底形成底层，然后采用热喷涂方法在底层表面制备陶瓷涂层。
所述陶瓷涂层的材料是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、它们的混合物或它们的复合物。
所述的有机粘结剂选自单组分有机粘结剂、双组分有机粘结剂、多组份有机粘结剂和几种有机粘结剂混合的粘结剂。
所述浸渗与固化根据所选用的有机粘结剂的性质、涂层气孔尺寸和分布以及涂层与有机粘结剂之间的润湿性控制浸渗和固化的温度和时间，使有机粘结剂在完全固化之前渗入涂层内，并在其中固化。
所述浸渗是有机粘结剂一直浸渗到材料表面，或浸渗到陶瓷涂层内部。
其特征在于，所述浸渗是有机粘结剂一直浸渗到材料表面，或浸渗到由陶瓷涂层和底层构成的整体的内部。
所述有机粘结剂的涂覆与浸渗在相同压力或不同压力下进行，在相同温度或不同温度下进行，在大气气氛或与有机粘结剂有较好吸附性的气体气氛或真空条件下进行。
本发明制备的陶瓷与有机粘结剂构成的复合涂层，不仅可以将涂层内的气孔填充封闭，将粒子用粘结剂牢固地粘结在一起，显著提高涂层的内聚结合强度、耐磨损性能与耐腐蚀性能等多种性能；同时，还可以将基体与涂层牢固的粘结在一起，提高涂层与基体的结合强度，阻止腐蚀介质腐蚀基体，从而提高涂层的综合性能、寿命与可靠性。
附图说明
图1为采用本发明的方法制备的一种复合涂层的显微组织照片；
图2为等离子喷涂Al2O3涂层的显微组织照片；
图3为采用本发明的方法制备的一种复合涂层与喷涂态涂层的90°相对冲蚀磨损量对比照片；
图4为采用本发明的方法制备的另一种复合涂层与喷涂态涂层的90°相对冲蚀磨损量对比照片。
具体实施方式
下面结合附图与发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是，本发明不限于这些实施例。
依照本发明的技术方案，具体实施方案包括以下步骤：
1)首先采用热喷涂方法在材料表面制备陶瓷涂层；
2)然后使用具有流动性与粘结性能的有机粘结剂涂覆在陶瓷涂层表面；所述有机粘结剂为具有一定粘结强度的可作为粘结剂使用的有机高分子材料，在一定温度范围内具有一定流动性和对材料的润湿性；
3)进行浸渗与固化处理，使有机粘结剂在完全固化前渗入陶瓷涂层，并在其中固化。
以下是发明人给出的实施例：
实施例1：
参见表1。表1为采用本发明的方法制备的两种复合涂层与喷涂态Al2O3涂层的结合强度的对比。采用火焰喷涂制备Al2O3陶瓷涂层，采用E7胶浸渗并固化后制得两种复合涂层，采用拉伸法测量涂层结合强度。复合涂层1为粘结剂浸渗到涂层与基体界面，复合涂层2为粘结剂未浸渗到涂层与基体界面。与喷涂态涂层相比，本发明所制备的复合涂层1，涂层结合强度提高到4倍以上，本发明所制备的复合涂层2由于基体与涂层界面未得到强化而使结合强度无显著变化。
表1
| 涂层结合强度(MPa) | 平均值(Mpa) | ||||
| 等离子喷涂 | 5 | 6 | 9 | 7 | 7 |
| 本发明的复合涂层1 | 34 | 51 | 50 | 42 | 44 |
| 本发明的复合涂层2 | 6 | 10 | 7 | 9 | 8 |
实施例2：
参见图1、图2。图1为采用本发明的方法制备的一种复合涂层的显微组织照片，图2为等离子喷涂Al2O3涂层的显微组织照片。采用等离子喷涂制备Al2O3陶瓷涂层，将涂层在0.2大气压的压力加热到300℃然后冷却到150℃后涂覆Plasmatex Klebbi粘结剂，然后在大于一个大气压的压力下进行浸渗和固化后制得一种复合涂层，采用扫描电镜拍摄显微组织照片。与喷涂态涂层相比，本发明所制备的复合涂层组织更为致密，有利于提高涂层的耐磨损性能和耐腐蚀性能。
实施例3：
参见图3。图3为采用本发明的方法制备的一种复合涂层与喷涂态涂层的90°相对冲蚀磨损量对比。采用等离子喷涂制备Al2O3陶瓷涂层，采用PlasmatexKlebbi粘结剂浸渗并固化后制得一种复合涂层，采用冲蚀磨损试验机评价涂层耐冲蚀性能。与喷涂态涂层相比，本发明所制备的复合涂层相对冲蚀磨损量减小到1/4，也就是说涂层耐冲蚀磨损性能提高4倍。
实施例4：
参见图4。图4为采用本发明的方法制备的另一种复合涂层与喷涂态涂层的90°相对冲蚀磨损量对比。采用火焰喷涂制备Al2O3陶瓷涂层，采用E7胶浸渗并固化后制得一种复合涂层，采用冲蚀磨损试验机评价涂层耐冲蚀性能。与喷涂态涂层相比，本发明所制备的复合涂层相对冲蚀磨损量减小到1/5，也就是说涂层耐冲蚀磨损性能提高5倍。
Claims (8)
1.一种基于热喷涂制备陶瓷与有机粘结剂的复合材料涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先采用热喷涂方法在材料表面制备陶瓷涂层；
2)然后使用具有流动性与粘结性能的有机粘结剂涂覆在陶瓷涂层表面；所述有机粘结剂为具有一定粘结强度的可作为粘结剂使用的有机高分子材料，在一定温度范围内具有一定流动性和对材料的润湿性；
3)进行浸渗与固化处理，使有机粘结剂在完全固化前渗入陶瓷涂层，并在其中固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先采用金属、合金、金属陶瓷、陶瓷或它们的混合物在材料上打底形成底层，然后采用热喷涂方法在底层表面制备陶瓷涂层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷涂层的材料是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、它们的混合物或它们的复合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机粘结剂选自单组分有机粘结剂、双组分有机粘结剂、多组份有机粘结剂和几种有机粘结剂混合的粘结剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渗与固化根据所选用的有机粘结剂的性质、涂层气孔尺寸和分布以及涂层与有机粘结剂之间的润湿性控制浸渗和固化的温度和时间，使有机粘结剂在完全固化之前渗入涂层内，并在其中固化。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渗是有机粘结剂一直浸渗到材料表面，或浸渗到陶瓷涂层内部。
7、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述浸渗是有机粘结剂一直浸渗到材料表面，或浸渗到由陶瓷涂层和底层构成的整体的内部。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机粘结剂的涂覆与浸渗在相同压力或不同压力下进行，在相同温度或不同温度下进行，在大气气氛或与有机粘结剂有较好吸附性的气体气氛或真空条件下进行。
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