專利名稱：一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層及其制備方法，涉及一種采用熱噴涂技術(shù)制備氧化銅顆粒彌散分布于耐磨耐蝕陶瓷基體中的復(fù)合陶瓷涂層的方法。
背景技術(shù)：
世界海域有近2萬種的附著海生物，是影響艦船零部件在海洋環(huán)境中腐蝕行為的主要因素之一。由于海生物附著引起的宏微觀腐蝕，不僅增加了零部件的表面粗糙度與磨損失效，降低了零部件的使用壽命；還增加了運動的阻力，導(dǎo)致航速降低、能耗增加。陶瓷材料多具有離子鍵和共價鍵結(jié)構(gòu)，鍵能高，原子間結(jié)合力強，表面自由能低， 原子間距小，堆積致密，無自由電子運動。這些特點賦予了陶瓷涂層高熔點、高硬度、高剛度、高化學穩(wěn)定性、高絕緣絕熱能力、熱導(dǎo)率低和摩擦系數(shù)小等鮮明特征，因此普遍具備優(yōu)異的耐熱、耐磨減摩與抗鹽霧腐蝕等性能，其應(yīng)用領(lǐng)域遍及航空、航天、能源、交通、冶金、石化等工業(yè)部門，成效顯著。但對于在海洋腐蝕環(huán)境下長期服役的艦船活塞桿等工件而言，還要求具備良好的抗海生物腐蝕性能，這是現(xiàn)有的陶瓷涂層所不具備的?？购Ｉ锔g的傳統(tǒng)做法是在艦船零部件的外表面涂刷防污涂料，通過滲出、擴散或水解防污成分的方式達到防止海生物腐蝕的目的，雖具有毒效高且成本低的特點，但與基體的附著力低、抗摩性能差，易剝落失效，因此不適于在強摩擦使用條件下的工件上使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效解決現(xiàn)有陶瓷涂層不抗海生物腐蝕而防污涂料又不抗摩擦的問題，具耐磨減摩性能的抗海生物腐蝕的陶瓷涂層及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于其涂層為由氧化銅顆粒彌散分布于陶瓷基體中形成的復(fù)合陶瓷涂層，涂層厚度為0.2-1 mm。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的氧化銅顆粒為CuO、 CuO2或者二者的混合物，粒度為10 nm-50 μ m。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的陶瓷基體為A1203、 Cr2O3> ZrO2^ffC, Cr3C2, TiN、Si3N4 或 MoSi2 的單相陶瓷。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的陶瓷基體為 Al2O3-TiO2^ ZrO2-Y2O3^ WC-Co, Cr2O3-SiO2-TiO2、Al2O3-ZrO2 或 Si3N4-SiC 的復(fù)相陶瓷，粉末粒度范圍為5-100 μ mo本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的氧化銅顆粒占復(fù)合陶瓷涂層的體積百分比為50%。一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于其制備過程的步驟包括 (1)將氧化銅顆粒與陶瓷基體粉末充分混合；(2)將待涂層工件進行表面預(yù)處理；
(3)將氧化銅顆粒與陶瓷基體粉末混合而成的復(fù)合陶瓷粉末在60°C-150 °C烘干；
(4)采用熱噴涂方法，復(fù)合陶瓷粉末熱噴涂在工件表面；
(5)對噴涂得到的抗海生物腐蝕的陶瓷涂層進行磨拋后處理。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中的混合過程是機械球磨。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中的混合過程是團聚制粒。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中的表面預(yù)處理包括對工件進行表面清潔和表面粗化處理，工件表面是平面、曲面或波紋面；表面清潔包括丙酮除油和超聲波清洗；表面粗化采取20-70目的砂料噴砂處理。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(4)的熱噴涂方法為等離子噴涂、超音速火焰噴涂或爆炸噴涂的任意一種。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于復(fù)合陶瓷涂層與基體之間為直接結(jié)合。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于復(fù)合陶瓷涂層與基體之間有一個0. 02-0. 15 mm厚的粘結(jié)過渡層。本發(fā)明的將防污涂料中普遍采用的防污成分氧化銅粉末均勻摻雜于耐磨耐蝕陶瓷粉末基體中，采用技術(shù)成熟且效率較高的熱噴涂技術(shù)將混合粉末噴涂于工件表面，制備得到氧化銅顆粒彌散分布于耐磨耐蝕陶瓷基體中的復(fù)合陶瓷涂層，以顯著提高涂層的抗海生物腐蝕性能，擴大陶瓷涂層在艦船零部件上的應(yīng)用。本發(fā)明的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，采用熱噴涂技術(shù)制備氧化銅顆粒彌散分布于耐磨耐蝕陶瓷基體中的復(fù)合陶瓷涂層，制備方法簡單，成本低廉，效率高；涂層中氧化銅顆粒的分布均勻，既保持了陶瓷涂層耐磨、耐高溫、抗氧化等原有特性，又具備了良好的抗海生物腐蝕性能，擴大了陶瓷涂層在艦船零部件上的應(yīng)用；適于工業(yè)化生產(chǎn)，可望獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明的Al203-13%Ti02-Cu0涂層的SEM照片。圖2是本發(fā)明的Al203-13%Ti02_Cu0涂層的能譜分析圖。
具體實施例方式一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其涂層為由氧化銅顆粒彌散分布于陶瓷基體中形成的復(fù)合陶瓷涂層，厚度為0. 2-1 mm，其備過程的步驟包括
(1)采用機械球磨或團聚制粒的方法，將氧化銅粉末與耐磨耐蝕陶瓷粉末充分混合。氧化銅粉末材料可以是CuO、CuO2或者二者的混合物，粉末粒度范圍為10 nm-50 μ m,占混合粉末的體積百分比不大于50%。陶瓷基體材料可以是々1203、0203、&02、1(、03(2、1^5込隊、 MoSi2 等單相陶瓷，也可以是 Al203-Ti02、ZrO2-Y2O3^ WC-Co, Cr2O3-SiO2-TiO2、Al2O3-ZrO2, Si3N4-SiC等復(fù)相陶瓷，粉末粒度范圍為5-100 μ m。(2)對工件進行表面清潔和表面粗化處理。工件表面可以是平面也可以是曲面或波紋面；表面清潔包括丙酮除油和超聲波清洗；表面粗化采取20-70目的砂料噴砂處理。(3)將復(fù)合陶瓷粉末在60°C -50 °C烘干，然后將烘干的粉末裝入送粉器中。(4)設(shè)定熱噴涂工藝參數(shù)，進行復(fù)合陶瓷涂層的熱噴涂。熱噴涂方式可以是等離子噴涂、超音速火焰噴涂或爆炸噴涂的任意一種。復(fù)合陶瓷涂層的厚度范圍為0. 2-1 mm，它與基體之間可以是直接結(jié)合，也可以是有一個0. 02-0. 15 mm厚的粘結(jié)過渡層。(5)對噴涂得到的抗海生物腐蝕的陶瓷涂層進行磨拋后處理。實施例1
下面以制備抗海生物腐蝕的Al203-13%Ti&陶瓷涂層為例，說明本發(fā)明的第1實施例。在粒度為5-0 μ m的Al203_13%Ti&陶瓷粉末中，添加粒度為5-5 μ m的CuO粉末。CuO粉末占混合粉末的體積百分含量為4%。通過噴霧干燥設(shè)備進行團聚制粒，經(jīng)燒結(jié)、 球化、破碎和篩分，得到粒度為10-45 μ m的復(fù)合陶瓷粉末。將不銹鋼工件置于丙酮中進行超聲波清洗15-0分鐘，經(jīng)酒精擦拭后采用20-70目的剛玉砂對工件表面進行噴砂粗化處理。將復(fù)合陶瓷粉末和45-00 μ m的噴涂粘結(jié)過渡層用Ni-20%Cr合金粉末在60°C -50 °C烘干，然后將烘干的粉末裝入送粉器中。采用超音速等離子噴涂粘結(jié)過渡層和復(fù)合陶瓷層。本實施例中噴涂粘結(jié)過渡層的工藝參數(shù)為Ar 流量 3. 4-4. 2 m3/h、H2 流量0. 3-0. 5 m3/h、電流 320-400 A、電壓 130-150 V、 噴距100-150 mm、送粉量35-45 g/min ；噴涂復(fù)合陶瓷層的工藝參數(shù)為Ar流量3. 2-4 m3/ h、H2 流量 0. 3-0. 5 m7h、電流 360-440 A、電壓 140-160 V、噴距 80-120 mm、送粉量 25-35 g/min。粘結(jié)過渡層和復(fù)合陶瓷層的厚度范圍分別為0. 06-. 12 mm和0. 3-0. 4 mm。最后對噴涂得到的復(fù)合陶瓷涂層進行磨拋后處理。制備得到的抗海生物腐蝕的Al203_13%Ti&陶瓷涂層比較致密(參見圖1)，孔隙率可達0.8%，HVa3彡900，結(jié)合強度彡30 MPa;涂層中含有具備抗海生物腐蝕功能的Cu元素(參見圖2)。實施例2
下面以制備抗海生物腐蝕的Cr2O3-SiO2-T^2陶瓷涂層為例，說明本發(fā)明的第2實施例。在粒度為5 25 μπι的Cr2O3-SiO2-TiO2陶瓷粉末中，添加粒度為5-15 μ m的CuO 粉末。CuO粉末占混合粉末的體積百分含量為5%。通過噴霧干燥設(shè)備進行團聚制粒，經(jīng)燒結(jié)、球化、破碎和篩分，得到粒度為20-45 μ m的復(fù)合陶瓷粉末。將不銹鋼工件置于丙酮中進行超聲波清洗15-30分鐘，經(jīng)酒精擦拭后采用20-70 目的剛玉砂對工件表面進行噴砂粗化處理。將復(fù)合陶瓷粉末和45-100 μ m的噴涂粘結(jié)過渡層用Ni-20%Cr合金粉末在60°C -150 °C烘干，然后將烘干的粉末裝入送粉器中。采用超音速火焰噴涂粘結(jié)過渡層，大氣等離子噴涂復(fù)合陶瓷層。本實施例中噴涂粘結(jié)過渡層的工藝參數(shù)為02流量800-1000 1/min、煤油流量對-28 1/min、載氣流量 8-10 1/min、噴距；340-370 mm、送粉量50-60 g/min ；噴涂復(fù)合陶瓷層的工藝參數(shù)為Ar流量 3. 6-4 m3/h、電流 550-650 A、電壓 70-80 V、噴距 100-140 mm、送粉量 20-30 g/min。粘結(jié)過渡層和復(fù)合陶瓷層的厚度范圍分別為0. 06-0. 12 mm和0. 2-0. 4 mm。最后對噴涂得到的復(fù)合陶瓷涂層進行磨拋后處理，即得到抗海生物腐蝕的Cr2O3-SiO2-T^2陶瓷涂層。
權(quán)利要求
1.一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于其涂層為由氧化銅顆粒彌散分布于陶瓷基體中形成的復(fù)合陶瓷涂層，厚度為0.2-1 mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的氧化銅顆粒為CuO、CuO2或者二者的混合物，粒度為10 nm-50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的陶瓷基體為 A1203、Cr2O3> ZrO2^ffC, Cr3C2, TiN、Si3N4 或 MoSi2 的單相陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的陶瓷基體為 Al203-Ti02、&02-Y203、WC-Co、Cr2O3-SiO2-TiOyAl2O3-^O2 或 Si3N4-SiC 的復(fù)相陶瓷，粉末粒度范圍為5-100 μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層，其特征在于所述的氧化銅顆粒占復(fù)合陶瓷涂層的體積百分比為50%。
6.一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于其制備過程的步驟包括(1)將氧化銅顆粒與陶瓷基體粉末充分混合；(2)將待涂層工件進行表面預(yù)處理；(3)將氧化銅顆粒與陶瓷基體粉末混合而成的復(fù)合陶瓷粉末在60°C-150 °C烘干；(4)采用熱噴涂方法，復(fù)合陶瓷粉末熱噴涂在工件表面；(5)對噴涂得到的抗海生物腐蝕的陶瓷涂層進行磨拋后處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟 (1)中的混合過程是機械球磨。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中的混合過程是團聚制粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中的表面預(yù)處理包括對工件進行表面清潔和表面粗化處理，工件表面是平面、曲面或波紋面；表面清潔包括丙酮除油和超聲波清洗；表面粗化采取20-70目的砂料噴砂處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟(4)的熱噴涂方法為等離子噴涂、超音速火焰噴涂或爆炸噴涂的任意一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于復(fù)合陶瓷涂層與基體之間為直接結(jié)合。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于復(fù)合陶瓷涂層與基體之間有一個0.02-0. 15 mm厚的粘結(jié)過渡層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗海生物腐蝕的陶瓷涂層及其制備方法，其特征在于其涂層為由氧化銅顆粒彌散分布于陶瓷基體中形成的復(fù)合陶瓷涂層，厚度為0.2-1mm。采用熱噴涂方法制備的由氧化銅顆粒彌散分布于耐磨耐蝕陶瓷基體中的兼具耐磨減摩與抗海生物腐蝕的新型復(fù)合陶瓷涂層，解決了現(xiàn)有陶瓷涂層不抗海生物腐蝕而防污涂料又不抗摩擦的問題。本發(fā)明制備的抗海生物腐蝕陶瓷涂層不僅保持了陶瓷涂層耐磨、耐高溫、抗氧化等原有特性，同時由于氧化銅顆粒的加入顯著提高了涂層的抗海生物腐蝕性能，擴大了陶瓷涂層在艦船零部件上的應(yīng)用。具有成本低、效率高的特點，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C23C4/10GK102181815SQ20111010022
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者萬偉偉, 于月光, 任先京, 冀曉鵑, 國俊豐, 張鑫, 章德銘, 馬江虹 申請人:北京礦冶研究總院