专利名称：利用反应喷涂制备氧化铝基陶瓷涂层的方法
技术领域：
本发明属于表面处理技术领域，特别涉及一种工艺相对简单、成本相对较低、应用范围广的陶瓷涂层制备技术。
表面陶瓷涂层技术在提供具有高性能表面方面发挥着日益显著的作用。氧化铝是常用的氧化物陶瓷涂层材料。氧化铝的种类有很多种，其中以α-Al2O3的综合性能最佳。α-Al2O3又称刚玉，是惰性化合物，具有最坚固和最致密的晶格，莫氏硬度达9，它的化学性质也最稳定，即使在高温下也很难与酸和碱反应，因而耐腐蚀性能优异。α-Al2O3在自然界比较少见，它是各种氧化铝水合物加热时的最终产物。由于α-Al2O3陶瓷的熔点高，化学稳定性好，且具有优良的耐磨、耐高温、耐蚀等性能，其应用范围很广，但α-Al2O3的成本较高。
目前现有的制备α-Al2O3氧化铝基陶瓷涂层的方法主要是热喷涂技术，其中应用较多的是等离子喷涂技术和火焰粉末喷涂技术。等离子喷涂技术是以电弧放电产生的等离子作为热源，喷枪喷嘴处通常可以获得18000摄氏度的高温，令喷涂粉末熔化或软化，并在等离子焰流加速下吹向工件表面形成与基体结合良好的涂层。等离子喷涂工艺设备及配套设施昂贵复杂，涂层制备成本高，而且对操作人员的要求也很高。火焰粉末喷涂是以一定的可燃气体作为热源，将粉末加热后，在高速气流作用下，将粉末喷涂于工件表面形成涂层，喷枪喷嘴处通常可以获得3000摄氏度左右的高温。与等离子喷涂技术相比，火焰粉末喷涂得到的氧化铝陶瓷涂层综合性能较差，但由于设备及工艺相对简单，喷涂成本低，而且有可能实现在实际工况条件下的现场制备氧化铝陶瓷涂层，因而也具有相当广阔的应用范围。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，利用火焰粉末反应喷涂方法，采用主要成分为一水硬铝石的混合粉末作为喷涂材料，在金属基体上制备氧化铝基陶瓷涂层，使其具有设备及工艺相对简单，喷涂成本低，喷涂材料来源广泛，价格低廉的优点。
本发明提出的一种利用反应喷涂制备氧化铝基陶瓷涂层的方法，其特征在于采用一水硬铝石粉末作为喷涂材料，利用火焰粉末喷涂的方法，在金属及其合金表面制备氧化铝基陶瓷涂层。
所说的一水硬铝石粉末可采用一水硬铝石矿经粉碎过筛制成粉末，再用酸溶液清洗去除杂质，并在炉中烘干制成。
所说的喷涂材料也可是以一水硬铝石为主要成分加以二氧化钛、二氧化铈、磷酸铝中的一种或多种为配料的混合粉末，其中所述混合粉末的成分范围为以配制1000克混合粉末为例二氧化钛TiO20-150克二氧化铈CeO20-20克磷酸铝AlPO40-30克一水硬铝石β-AlOOH补足余量。
本发明的方法可具体包括以下步骤1)对所需喷涂的金属或合金工件表面进行喷丸处理；2)用火焰粉末喷涂的方法在经喷丸处理后的工件表面喷涂一层镍包铝底层，厚度小于0.1mm；3)将上述喷涂材料用火焰粉末喷涂的方法喷涂在工件表面上，厚度小于0.7mm。
本发明的原理是利用一水硬铝石在一定温度条件下的热分解反应，制备氧化铝基陶瓷涂层。一水硬铝石(β-AlOOH)是常见的氧化铝水合物，在我国已探明的铝土矿储量中，一水硬铝石型铝土矿储量占全国总储量的98.46％，因而原料易取，且价格低廉。一水硬铝石在大气中加热到400℃时，可直接分解为α-Al2O3。在各种氧化铝水合物中，一水硬铝石向α-Al2O3的转变温度最低的。在较低温度下焙烧一水硬铝石时，生成结晶不好的α-Al2O3，其晶格处于一种尚未完善的过渡状态，化学活性要比一般α-Al2O3和焙烧前的一水硬铝石高得多。但随着焙烧温度的提高以及时间的延长，α-Al2O3的晶格愈趋完善，其化学活性急剧降低。将主要含一水硬铝石的混合粉末作为喷涂材料，利用火焰粉末喷涂的方法，在喷涂过程中一水硬铝石受热分解生成以α-Al2O3为主的氧化铝材料，在工件表面形成氧化铝基陶瓷涂层。
本发明的特点在于1、保留了火焰粉末喷涂方法设备及工艺相对简单，喷涂成本低的特点；2、采用一水硬铝石(β-AlOOH)粉末作为喷涂原料，成本低于常规的直接采用α-Al2O3粉末的火焰粉末喷涂工艺；3、一水硬铝石在喷涂过程中经历了如下过程一水硬铝石(化学活性低)→生成结晶不好的α-Al2O3(品格未完善，化学活性高)→α-Al2O3的晶格趋完善(化学活性急剧降低)。
由于喷涂粉末经历了一个化学活性高的阶段，粉末颗粒之间及粉末与基体材料之间将形成更为良好的结合，因此涂层性能也将获得提高。
实施例11、将一水硬铝石矿粉碎过筛制成粉末；2、将上述一水硬铝石粉末用盐酸溶液清洗去除杂质，并在炉中烘干；3、按照下述比例配制混合粉末二氧化钛TiO2120克二氧化铈CeO25克磷酸铝AlPO410克一水硬铝石β-AlOOH 865克4、对所需喷涂的钢45试件表面进行喷丸处理；5、用氧-乙炔火焰粉末喷涂的方法在经喷丸处理后的工件表面喷涂一层镍包铝底层，厚度为0.1mm；6、将上述配制的混合粉末用氧-乙炔火焰粉末喷涂的方法喷涂在工件表面上，所得涂层厚度为0.5mm，外观颜色为暗灰色，X射线衍射结果表明涂层主要成分为氧化铝。
实施例21、将一水硬铝石矿粉碎过筛制成粉末；2、将上述一水硬铝石粉末用盐酸溶液清洗去除杂质，并在炉中烘干；3、按照下述比例配制混合粉末二氧化铈CeO21克磷酸铝AlPO42克一水硬铝石β-AlOOH 997克4、对所需喷涂的钢45试件表面进行喷丸处理；5、用氧-乙炔火焰粉末喷涂的方法在经喷丸处理后的工件表面喷涂一层镍包铝底层，厚度为0.1mm；喷涂参数为6、将上述配制的混合粉末用氧-乙炔火焰粉末喷涂的方法喷涂在工件表面上，所得涂层厚度为0.2mm，外观颜色为淡乳白色，X射线衍射结果表明涂层主要成分为氧化铝。
实施例31、将一水硬铝石矿粉碎过筛制成粉末；2、将上述一水硬铝石粉末用盐酸溶液清洗去除杂质，并在炉中烘干；3、将上述配制的混合粉末用氧-乙炔火焰粉末喷涂的方法喷涂在工件表面上，所得涂层厚度为0.4mm，所得外观颜色为白色的粉末，X射线衍射结果表明粉末为氧化铝。
权利要求
1.一种利用反应喷涂制备氧化铝基陶瓷涂层的方法，其特征在于采用一水硬铝石粉末作为喷涂材料，利用火焰粉末喷涂的方法，在金属及其合金表面制备氧化铝基陶瓷涂层。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所说的一水硬铝石粉末是采用一水硬铝石矿经粉碎过筛制成粉末，再用酸溶液清洗去除杂质，并在炉中烘干制成。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所说的喷涂材料是以一水硬铝石为主要成分加以二氧化钛、二氧化铈、磷酸铝中的一种或多种为配料的混合粉末，其中所述混合粉末的成分范围为以配制1000克混合粉末为例二氧化钛TiO20-150克二氧化铈CeO20-20克磷酸铝AlPO40-30克一水硬铝石β-AlOOH 补足余量。
4.按照权利要求l、2或3的方法，其特征在于，具体包括以下步骤1)对所需喷涂的金属或合金工件表面进行喷丸处理；2)用火焰粉末喷涂的方法在经喷丸处理后的工件表面喷涂一层镍包铝底层，厚度小于0.1mm；3)将所说的喷涂材料用火焰粉末喷涂的方法喷涂在工件表面上，厚度小于0.7mm。
全文摘要
本发明属于表面处理技术领域,采用一水硬铝石粉末作为喷涂材料,或是以一水硬铝石为主要成分加以二氧化钛、二氧化铈、磷酸铝中的一种或多种为配料的混合粉末作为喷涂材料,利用火焰粉末喷涂的方法,在金属及其合金表面制备氧化铝基陶瓷涂层。采用主要成分为一水硬铝石的混合粉末作为喷涂材料,在金属基体上制备氧化铝基陶瓷涂层。具有喷涂设备及工艺相对简单,喷涂成本低,涂层性能优良,喷涂材料来源广泛,价格低廉的优点。
文档编号C23C4/02GK1306097SQ0010050
公开日2001年8月1日 申请日期2000年1月20日 优先权日2000年1月20日
发明者邵天敏, 李浩群 申请人:清华大学