RU2070616C1

RU2070616C1 - Method for production of protective coating on the base of metal oxides on the surface of materials and articles

Info

Publication number: RU2070616C1
Application number: RU95101337A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Молев; Н.С. Мирзабекянц
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью - Научно-исследовательская фирма "Ультрасан"
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-12-20

Abstract

FIELD: production of protective ceramic coatings. SUBSTANCE: method involves preliminary treatment of the surface. Then multiple applying solution of alcoholate of metals in organic solvent on said surface followed by removing of solvents, hydrolysis of said alcoholates, drying and crystallization of oxides is carried out. Layer of oxide is prepared on said surface during mentioned above hydrolysis. Thus thermal stable solid coating on the base of aluminum oxides and zirconium probably alloyed by impurities of Hf, Y and other metals is obtained. EFFECT: improves efficiency of the method. 8 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области защиты металлических и неметаллических материалов и изделий из металлов, сплавов, керамики, стекла и т.п. от их окисления и разрушения при высоких температурах в агрессивных средах. The invention relates to the field of protection of metallic and non-metallic materials and products from metals, alloys, ceramics, glass, etc. from their oxidation and destruction at high temperatures in aggressive environments.

Известен способ нанесения сорбционного слоя легированного оксида циркония на подложку, включающий гидролиз смеси тетра-н-бутоксида циркония и трис-н-бутоксида иттрия водой в присутствии стабилизатора раствора соляной кислоты, нанесения на поверхность подложки образовавшегося золя, сушку и отжиг при 1200^oС в течение 24 часов (заявка Японии N 63-2330789, 1988).A known method of applying a sorption layer of doped zirconium oxide to a substrate, comprising hydrolysis of a mixture of yttrium tetra-n-butoxide and yttrium tris-n-butoxide with water in the presence of a stabilizer of hydrochloric acid solution, depositing the formed sol on the surface of the substrate, drying and annealing at 1200 ^o C in within 24 hours (Japanese application N 63-2330789, 1988).

Известен также способ нанесения покрытия на поверхность металлического изделия путем ее обработки спиртовыми растворами с небольшим количеством воды алкоголятов различных металлов с последующей термообработкой при 1000 - 1200^oС (Заявка Японии N 62-47948, 1987).There is also known a method of coating a surface of a metal product by treating it with alcohol solutions with a small amount of water of alcoholates of various metals, followed by heat treatment at 1000 - 1200 ^o C (Japanese Application N 62-47948, 1987).

Недостатком известных способов получения покрытий является то, что из-за технологии образовавшийся сорбционный слой имеет высокую пористость и, как следствие, обладает малой механической прочностью и слабой адгезией. A disadvantage of the known methods for producing coatings is that, due to the technology, the formed sorption layer has high porosity and, as a result, has low mechanical strength and poor adhesion.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа нанесения защитного покрытия на различные материалы и изделия, характеризуемого высокой адгезией, термостойкостью и однородностью и малой сорбционной активностью за счет снижения пористости покрытия. The present invention is to develop a method of applying a protective coating on various materials and products, characterized by high adhesion, heat resistance and uniformity and low sorption activity by reducing the porosity of the coating.

Поставленная задача решается описываемым способом получения защитного покрытия на основе оксидов металлов на поверхности материалов или изделий, включающим предварительную обработку поверхности, нанесения на обрабатываемую поверхность истинного раствора алкоголята соответствующего металла в органическом растворителе с последующим удалением растворителя, многократное повторение этих операций, предпочтительно 5-25 раз, гидролиз алкоголята металла на обрабатываемой поверхности, сушку и кристаллизацию образовавшегося оксидного слоя путем термообработки при 250-1200^oС на воздухе или в атмосфере инертного газа или путем обработки CO₂-лазерного излучения.The problem is solved by the described method of obtaining a protective coating based on metal oxides on the surface of materials or products, including preliminary surface treatment, applying to the surface to be treated a true solution of the alcoholate of the corresponding metal in an organic solvent, followed by removal of the solvent, repeated repetition of these operations, preferably 5-25 times , hydrolysis of metal alkoxide on the treated surface, drying and crystallization of the formed oxide layer by heat treatment at 250-1200 ^o C in air or an inert gas atmosphere or by treatment with CO ₂ -Laser radiation.

Поставленная задача решается также тем, что гидролиз алкоголята металла на поверхности проводят путем обработки влажным воздухом при 50-70^oС в течение 2-20 минут, при этом на поверхность наносят истинный раствор в органическом растворителе алкоголята либо одного металла, либо смеси металлов.The problem is also solved by the fact that the hydrolysis of the metal alcoholate on the surface is carried out by treatment with moist air at 50-70 ^o C for 2-20 minutes, while a true solution in the organic solvent of the alcoholate of either one metal or a mixture of metals is applied to the surface.

По данному способу обработке могут подвергать поверхность из металлов, сплавов, керамики, стекла, при этом проводят соответствующую каждому исходному материалу предварительную обработку поверхности путем обезжиривания и/или пескоструйной обработки и/или ультразвуковой и/или путем травления. According to this method, a surface made of metals, alloys, ceramics, glass can be treated, and surface treatment corresponding to each source material is carried out by degreasing and / or sandblasting and / or by ultrasonic and / or etching.

Сущность предложенного способа, сформулированная выше, состоит в том, что в отличие от известных способов получения покрытия на основе золь-гельной технологии, предусматривающей гидролиз спиртовых растворов алкоголятов с добавками воды и, возможно, стабилизаторов с последующим структурированием коллоидного раствора в течение нескольких часов, данный способ предусматривает гидролиз истинных растворов алкоголятов металлов в органических растворителях непосредственно на поверхности обрабатываемых изделий, исключающий образование коллоидных растворов и соответственно золь-гельной технологии. The essence of the proposed method, formulated above, is that, in contrast to the known methods for producing a coating based on sol-gel technology, which provides for the hydrolysis of alcoholic solutions of alcoholates with the addition of water and, possibly, stabilizers, followed by structuring the colloidal solution for several hours, this The method involves the hydrolysis of true solutions of metal alcoholates in organic solvents directly on the surface of the processed products, eliminating the formation of lloidnyh solutions and accordingly the sol-.

Последнее позволяет как сократить время структурирования, так и обеспечить последующую кристаллизацию оксидов в единственной кристаллической модификации, что, в свою очередь, приводит к однородности покрытия, высокой термической устойчивости, твердости и хорошей адгезии. Пористость получаемого покрытия и его сорбционная активность незначительны. The latter allows both reducing the structuring time and ensuring the subsequent crystallization of oxides in a single crystalline modification, which, in turn, leads to uniformity of the coating, high thermal stability, hardness, and good adhesion. The porosity of the resulting coating and its sorption activity are negligible.

Ниже приведены некоторые примеры конкретного осуществления предложенного способа, однако, не ограничивающие объема предложенного изобретения. Below are some examples of specific implementation of the proposed method, however, not limiting the scope of the proposed invention.

Пример 1
Металлическое изделие обезжиривают в кипящем ацетоне в течение 15-30 минут с последующей обработкой в вакууме. Далее на поверхность наносят истинный раствор алкоголята алюминия в изопропиловом спирте. Затем на воздухе растворитель испаряют. Образец вновь подвергают обработке тем же раствором и вновь растворитель испаряют. Указанную обработку повторяют 10 раз. Затем образец обрабатывают влажным воздухом в течение 5 минут при 60^oС, сушат при 150^oС и проводят термообработку на воздухе при 500^oС в течение 2 часов.Example 1
The metal product is degreased in boiling acetone for 15-30 minutes, followed by treatment in vacuum. Next, a true solution of aluminum alcoholate in isopropyl alcohol is applied to the surface. Then the solvent is evaporated in air. The sample is again treated with the same solution and the solvent is again evaporated. The indicated treatment is repeated 10 times. Then the sample is treated with moist air for 5 minutes at 60 ^o C, dried at 150 ^o C and conduct heat treatment in air at 500 ^o C for 2 hours.

Получено покрытие из оксида алюминия толщиной 10-40 мкм, термической устойчивостью 2000/30^oС/мин, отрывной прочностью 150 кгс/см², твердостью 1000.Received a coating of alumina with a thickness of 10-40 μm, thermal stability of 2000/30 ^o C / min, tear strength of 150 kgf / cm ² , hardness of 1000.

Другие примеры осуществления способа сведены в таблицу 1, а данные по испытаниям некоторых образцов, полученных по заявленному способу, приведены в таблице 2. Other examples of the method are summarized in table 1, and test data for some samples obtained by the claimed method are shown in table 2.

Claims

1. A method of obtaining a protective coating based on metal oxides on the surface of materials or products, comprising pre-treating the surface, applying to the surface to be treated a solution of the alcoholate of the corresponding metal in an organic solvent, followed by removal of the solvent and subsequent processing to form an oxide layer on the surface, characterized in that a true solution of the alcoholate of the corresponding metal in an organic solvent is applied to the surface, the operation of applying the solution with p following removal of the solvent is carried out repeatedly, and the subsequent processing is performed by hydrolysis of metal alkoxide on the treated surface, drying and crystallization of the oxide layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrolysis of the alcoholate on the surface is carried out by treating with moist air at 50 70 ^o C for 2 20 minutes

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the operation of applying the solution followed by removal of the solvent is carried out 2 25 times.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a true solution of a mixture of metal alcoholates is applied to the surface.

5. The method according to PP.1 to 4, characterized in that the crystallization of the oxide layer is carried out by heat treatment at 250 to 1200 ^o C in air or in an inert gas atmosphere.

6. The method of claims 1 to 4, characterized in that the crystallization of the oxide layer are CO ₂ -laser irradiation power 10 ¹ ⁰ W / cm ^2.

7. The method according to PP.1 to 6, characterized in that the surface is subjected to treatment from metals, alloys, ceramics, glass.

8. The method according to PP.1 to 7, characterized in that the preliminary surface treatment is carried out by degreasing and / or sandblasting and / or ultrasonic radiation and / or acid etching.