专利名称：一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法
技术领域：
本发明公开了一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法；属于冷喷涂陶瓷涂层制备技术领域。
背景技术：
传统热喷涂过程主要依赖材料融化及快速固化，不可避免发生材料氧化、分解或组织变化。冷喷涂技术是一种新型的涂层沉积技术，冷喷涂过程主要依赖常温高动能粉末粒子(5-50μπι)的高速(300-2000m/s)碰撞，在碰撞界面进行的动能向热能转化过程中以达到使粉末颗粒与基体以及粉末颗粒间形成冶金结合而获得涂层的目的。因为冷喷涂涂层的沉积主要依赖塑性粒子的高应变(106_9/s)速率塑性变形，理论研究表明涂层沉积机制与碰撞界面的绝热剪切不稳定(ASI)变形有关，通过ASI区材料的粘流性特征实现碰撞界面材料的冶金结合。冷喷涂过程完全在远低于材料熔点条件下进行，涂层中几乎不存在热应力，且界面结合主要以冶金键结合特征为主，涂层粘附强度高于70MPa，明显高于等离子热喷涂涂层的结合强度(约20MPa)，且涂层致密度高，孔隙度低于1%。因为热影响小，冷喷涂涂层中通常能保持原始粉末的化学成分及相结构，有利于对特定材料的结构和性能的设计。然而，因为冷喷涂过程主要依赖材料的塑性变形，以往进行冷喷涂的材料通常是纯金属，即使在喷涂金属陶瓷时，陶瓷颗粒也仅仅是依靠机械力镶嵌在塑性金属涂层基体中。我们知道，陶瓷材料在常温条件下一般不具备塑性变形能力，所以目前还很难采用冷喷涂方法获得纯陶瓷涂层。一些陶瓷涂层的制备往往需要采用金属材料填料或粘结齐U，陶瓷颗粒往往依靠机械力镶嵌在金属基体内，在涂层应用过程中陶瓷颗粒容易剥离造成摩擦副及涂层面的加速磨损。同时，陶瓷颗粒与金属基体间的机械结合是涂层裂纹源头，能造成涂层的快速破裂破坏，有时会导致喷涂后基体力学性能的降低。目前国内外沉积冷喷涂陶瓷涂层的方法无非是两种:一是通过加入金属填料(如WC中加入Co、A1203中加入Al)最终制备金属陶瓷涂层或者复合涂层，这种方法制备将改变陶瓷材料的组成；另一种是采用真空冷喷涂或者动力凝胶的方法制备陶瓷涂层，涂层厚度很难高于20 μ m,且因为是在真空等苛刻条件下进行，很难对涂层结构及形貌进行控制和调整，不适合进行高效率的大规模生产。目前使用传统冷喷涂技术，在开放条件下制备纯陶瓷涂层的技术国内外尚未见报道，但该领域的研究却吸引了学术及工业界的广泛兴趣，从近年来发展起来的旨在沉积陶瓷涂层的动力凝胶、真空冷喷涂及纳米沉积等技术研究方法就足可窥见一斑。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种操作性强，适用面广，沉积的纯陶瓷涂层致密度高、与基体结合强度高的冷喷涂制备 氧化锆陶瓷涂层的方法。本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，包括下述步骤:
第一步，氧化锆/氧化铈陶瓷粉末的纳米化、非晶化前处理将平均粒径均为1-10 μ m的Zr02、CeO2粉末按摩尔比3_10: I混料，得到混合粉末后干式球磨至混合粉末的晶粒度为10_15nm、非晶化转变的混合粉末占ZrO2与CeO2粉末总摩尔质量的5-20%，得到冷喷涂用Zr02+Ce02陶瓷粉末；第二步:冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层将第一步所得Zr02+Ce02陶瓷粉末经预热后冷喷涂在基体材料表面；或将第一步所得Zr02+Ce02陶瓷粉末经喷雾造粒后预热，预热后冷喷涂在基体材料表面；所述预热温度为300-400°C ;冷喷涂工艺条件为:工作气体为氮气或氦气，工作气体温度为350_550°C，工作气体压力为10_29个大气压；喷枪出口处距沉积基体材料表面距离为30-50mm。本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，所述ZrO2粉末的初始晶粒度为80-100纳米。本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，第一步中，所述混料采用ZrO2粉末与CeO2粉末的直接混合或采用溶胶凝胶法在ZrO2粉末表面包覆混合CeO2。本发明所述的采用 溶胶凝胶法在ZrO2粉末表面包覆混合CeO2是通过下述方案实现的:按摩尔比Zr:Ce:聚二乙醇=3_10:1:2分别称取ZrO2粉末、硝酸铈(Ce (NO3)3- 6H20)、聚二乙醇，然后先将硝酸铈充分溶入聚二乙醇中，在恒温水浴80°C的条件下，搅拌形成半透明溶胶；然后加入ZrO2粉末，搅拌均匀后冷却至室温，得到Ce (OH) 3包覆ZrO2的凝胶；用无水乙醇洗涤凝胶，抽滤，得到滤饼，将滤饼在490-510°C焙烧，使凝胶中Ce (OH) 3充分脱水分解，冷却至室温，最终获得ZrO2表面包覆有CeO2的复合粉末，复合粉末中CeO2粉层厚度大于3 μ m。溶胶凝胶法涉及的化学反应如下:(I)溶胶制备过程反应:Ce3++30H~ ^tfc(2 )高温烘焙过程反应:4( V(OH); + O7 赠 > 4( VO1 +6H2 t本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，所述干式球磨采用大、中、小三种规格的磨球，磨球数量按大:中:小=1:2:3的比例配置，球料质量比15-20:1以保证粉末在球磨过程中发生充分的固态变形，球磨时间20-60小时；球磨转速为180-250r/min,球磨过程中每15-30min开启球磨罐刮粉一次。本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，大磨球直径为8_12mm，中磨球直径为6_9mm,小磨球直径为3_6mm。本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，第二步中，所述喷雾造粒工艺条件为:进风温度225_250°C，出风温度110°C，所制备粉末颗粒的粒度为10-20 μ m、球形
度彡70%ο本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，冷喷涂时，送粉量6-15g/min,喷枪扫速50-150mm/min,可喷涂2层或更多层数(取决于对涂层厚度的要求)。
本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，聚二乙醇选自国药集团化学试剂有限公司生产的聚二乙醇400。本发明一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，所制备的氧化锆/氧化铈陶瓷涂层孔隙率低于1.2%、界面结合强度为30-55MPa、涂层厚度20 μ m-70 μ m，无需特殊的前-后处理即可交付使用，但涂层表面粗糙度高于10 μ m。发明人根据近期在冷喷涂涂层沉积机制的基础研究，了解到冷喷涂涂层的沉积过程主要依赖粉末表面高应变速率变形过程中发生的相转变过程，设计本发明方法，利用晶粒尺寸小于15纳米的陶瓷颗粒，在高应变速率变形过程中能够进一步提高涂层致密度、界面结合强度及涂层沉积效率；利用非晶粉末在过冷液相区的超塑性变形特点，一定的非晶含量能够保证在粉末预热条件下，非晶部分的超塑性变形能够取代以往塑性金属填料的角色，促进粉末颗粒间的结合强度；实现陶瓷粉末的冷喷涂涂层沉积。本发明主要依赖陶瓷材料高应变速率变形条件下的相结构转变特性，采用机械球磨的方法制备部分非晶化及超细纳米化的陶瓷粉末，采用粉末低温预热的方法实现粉末在冷喷涂过程中的超塑性变形(或非晶粉末在过冷液相区的超塑性变形，部分非晶相可充当传统意义上的塑性金属填料的角色)，以达到获得冷喷涂纯陶瓷涂层的目的。该方法在制备具有超高结合强度和高温耐磨、耐腐蚀性能陶瓷薄膜方面具有显著的优势，利用粉末高速碰撞以期获得致密度高、结合牢固的陶瓷涂层；同时利用冷喷涂高速沉积的特性，能够在低温开放条件下获得理想性能的涂层。其机理及优点简述于下:1、在ZrO2中引入CeO2，利用干式球磨工艺参数的设计匹配，制备出纳米化及非晶化Zr02+Ce02陶瓷粉末。特别是定时开罐刮粉，以防止粉末粘罐，同时降低球磨温度，在一定程度上降低已形成的非晶相逆向转变为纳米晶的几率，为后面冷喷涂过程中非晶相作为填料以提高粉末粒子间键合强度打下了基础；随球磨时间延长，粉末随晶粒尺寸减小而塑性增加，因而在球磨后期需适当降低刮粉间隔时间为15-20min。ZrO2中未引入CeO2，不能制备出非晶化Zr02+Ce02陶瓷粉末。2、采用溶胶-凝胶处理，将CeO2包覆在ZrO2粉末表面，有利于CeO2粉末与ZrO2粉末在机械合金化过程中实现快速固溶并最终进一步细化晶粒或发生自晶体到非晶态的高应变速率变形致相变过程。采用溶胶凝胶包覆过程引入CeO2，经25小时球磨后，ZrO2晶粒尺寸能迅速细化至10纳米以下。采用包覆方法引入CeO2能够保证在球磨过程中加速CeO2与ZrO2的固溶过程，加速非晶化和纳米化进程。溶胶凝胶法与直接混料法相比，粉末晶粒尺寸达到IOnm以下的球磨过程可提前10小时。3、过低的CeO2含量会导致晶粒细化或非晶化过程不充分；过高的含量会导致最终ZrO2涂层的抗热震性能降低；本发明通过控制原始粉末中CeO2的含量，使Zr02+Ce02陶瓷粉末具有良好的抗热震性能的基础上实现纳米化及非晶化。发明人对CeO2粉末引入量进行了系统研究，结果表明:为不严重影响本体ZrO2涂层的热震性能，引入10-15mol%的CeO2为最佳配比范围，CeO2引入量的增加能够促进ZrO2非晶化和纳米化过程进程。4、喷雾造粒过程 的进风温度225_250°C，出风温度为110°C。温度的选择对粉末的纳米活性保持尤为重要，且喷雾处理后的粉末，冷喷涂沉积能力低于未经处理的纳米粉末。然而，喷雾处理通常有助于解决过细球磨粉末在冷喷涂过程中的喷枪堵塞问题，因为球磨后的纳米粉末具有很高的粘性，在喷涂过程中，容易在喷嘴附件直接堆积于喷喉处。5、粉末预热温度为300-400°C，低于该其玻璃化转变温度，但粉末的碰撞变形仍然呈现超塑性特征。这是因为在冷喷涂碰撞过程中，粉末界面将经历高应变速率变形，碰撞温度有约150°C的局部攀升，使得粉末的表面变形呈现其过冷液相区的超塑性变形特征，实现提高涂层沉积效率的目的。本发明中之所以坚持降低粉末预热温度，是为了能够有效控制粉末在加速过程和碰撞过程中晶粒的粗化，防止其沉积能力的过分降低。6、严格控制工作气体的温度为350_550°C，工作气体的压力为12_29个大气压，喷涂距离为30-50mm以及沉积粉末的粒度，既可以保证粉末粒子的有效加速至设定速度；又可以降低过高的粉末碰撞速度在喷枪喷射前沿气体回弹区(bow shock)导致粉末碎裂的缺陷，因为粉末粒度太大，破碎的几率非常大，而小颗粒粉末的耐脆性破裂的能力比大颗粒强。7、严格控制送粉量，可以平衡粉末颗粒间碰撞次数及粉末碰撞基体次数，保证一定的沉积效率。本发明所制备的涂层能应用于材料的耐磨、高温隔热、氧化及热腐蚀等方面:如发动机压气机叶片隔热及耐冲刷腐蚀；刀具耐磨涂层、民用和军工产品的耐磨及自润滑等。
附图1为采用X射线衍射技术，利用Sherrer公式计算获得的在ZrO2粉末中添加IOmol.%Ce02晶粒尺寸与球磨时间的关系曲线。附图2 Ca)为Zr02+10mol%Ce02包覆混料球磨85小时后的透射电镜照片。附图2 (b)为Zr02+10mol%Ce02包覆混料球磨85小时后的高分辨微观结构照片。附图3 Ca)为在NiCoCrAH基材上冷喷涂球磨120小时纯ZrO2粉的形貌照片。喷涂条件:采用550° C，29个大气压的氮气工作气体加速、喷涂距离30mm、粉末预热温度300° C、送粉速度10g/min、喷枪横向移动速度50mm/s。附图3 (b)为在NiCoCrAH基材上冷喷涂球磨85小时Zr02+10Ce02包覆混料复合粉末的形貌照片。涂层制备的条件为:粉末未经喷雾造粒处理；采用550° C，29个大气压的氮气工作气体加速、喷涂距离30mm、粉末预热温度300° C、送粉速度10g/min、喷枪横向移动速度50mm/s。从图1可以看出:添加IOmol.%Ce02后,球磨过程中ZrO2纳米晶化时间较无添加剂粉末提前了近80小时，且极限纳米晶晶粒尺寸更小(小于10nm)。由图2 (a)、图2 (b)可以看出，添加CeO2后的ZrO2粉末在球磨过程中发生了相变，相变区大小为15nm左右,边界为有序晶界，由此说明粉末在闻应变速率条件下的纳米晶化过程似乎并非简单的重结晶过程，相变过程的出现展示添加CeO2量的控制起到了关键性的作用。实验表明，随着CeO2添加量的增加，粉末的晶粒细化进程加快，且极限晶粒尺寸变小。但是，添加过量的CeO2会导致ZrO2粉末抗热震性能的降低。
由图2(a)同时可以看出，球磨后的粉末晶粒为多晶结构，其中仅有少量的非晶成分残留的信号，说明球磨过程中温度的控制也十分关键。发明人选择的每球磨30分钟进行开罐刮粉的处理能够有效降低球磨温度，在一定程度上降低已形成的非晶相逆向转变为纳米晶的几率，为后面冷喷涂过程中非晶相作为填料以提高粉末粒子间键合强度打下了基础。发明人通过X射线衍射探测本球磨过程中添加CeO2的粉末非晶成分为15-20%，而纯ZrO2粉球磨后未检测到非晶相。由图3 (a)、图3 (b)可以看出，未添加CeO2的粉末很难在基体表面形成连续的涂层，而添加IOmol.%Ce02的ZrO2粉末，晶粒尺寸小于10纳米时能够在基体表面形成近50微米厚度的连续涂层，且涂层与基体界面结合致密。
具体实施例方式实施例中涂层沉积效率采用样品增重与喷涂所用粉末重量之间的比值；孔隙率使用遍历某视窗内涂层界面SEM照片，借助分析软件image-pix)计算获得；非晶成分含量及粉末晶粒尺寸采用X射线衍射图谱中结晶度及衍射峰宽计算获得；涂层的结合强度使用文献I (文献1:S.Shin, Y.Xiong, Y.Ji, H.Kim, C.Lee, the influence of process parameterson deposition characteristics of a soft/solid composite coating in kineticspray process, Applied Surface Science, 254 (2008) 2269-2275.)报道的拉伸技术测量涂层粘附性的方法获得。冷喷涂沉积设备:GermanyCGT KINETIKS3000
实施例一粉末溶胶-凝胶包覆过程按1:2的摩尔比称取Ce (N03) 2.6H20及聚乙二醇400 ;将聚乙二醇盛入烧杯中，放入80° C恒温水浴中，同时通过搅拌将硝酸铈充分溶入聚乙二醇400 ;持续搅拌直至透明胶体形成；为控制包覆粉末中Zr:Ce为10:1摩尔比，称取定量的ZrO2-入上述步骤形成的明胶中进行持续搅拌形成混合均匀的凝胶；在常温下采用无水乙醇清洗凝胶并过滤；将胶饼放入马弗炉中，在500° C下进行烘焙1.5小时获得CeO2包覆的ZrO2粉末；冷却至室温，然后在刚玉罐中进行碾磨处理得到黄色粉末。实施例二涂层制备全过程`(I)粉末球磨处理磨球:30只大(IOmm) +60 只中(8mm) +90 只小(5mm)号球粉末:IOmol.%Ce02+Zr02粉末20g (初始ZrO2粉末经溶胶-凝胶过程包覆CeO2)球磨转速为200r/min,球磨20小时后，XRD检测粉末晶粒尺寸为Ilnm,非晶成分含量16%。喷雾造粒:温度225° C，球形度85%，粒径D90=18 μ m。(2)冷喷涂沉积过程工作气体:氮气(N2),气体温度:550° C，压力:29个大气压(计算粉末粒子速度为639m/s)，送粉速度:14g/min，粉末预热温度:350° C，喷涂距离:30mm，喷枪横扫速度:100mm/ s,两道喷涂。获得涂层:沉积效率45% ;孔隙率1.1% ;厚度38 μ m,拉伸结合强度40MPa。实施例三(I)粉末球磨处理磨球:30只大(IOmm) +60 只中(8mm) +90 只小(5mm)号球；粉末:IOmol.%Ce02+Zr02粉末20g (初始ZrO2粉末经溶胶-凝胶过程包覆CeO2)；
球磨转速为180r/min，球磨20小时后，XRD检测粉末晶粒尺寸为llnm，非晶成分含量16%。喷雾造粒:进风温度225° C，球形度85%，粒径D90=18 μ m。(2)冷喷涂沉积过程工作气体:氦气(He)，气体温度:350° C，压力:15个大气压(计算粉末粒子速度为781m/s)，送粉速度:10g/min，粉末预热温度:300° C，喷涂距离:30mm，喷枪横扫速度:150mm/s,两道喷涂。 获得涂层:沉积效率60%，孔隙率0.9%，厚度40 μ m,结合强度54MPa。实施例四(I)粉末球磨处理磨球:30只大(10m m) +60只中(8謹)+90只小(5謹)号球粉末:15mol.%Ce02+Zr02粉末20g (ZrO2与CeO2两粉末直接混料)球磨转速为250r/min，球磨85小时后，XRD检测粉末晶粒尺寸为9nm，非晶成分含
量 24%ο喷雾造粒:温度225° C，球形度85%，粒径D90=18 μ m。(2)冷喷涂沉积过程工作气体:氦气(He)，气体温度:450° C，压力:25个大气压(计算粉末粒子速度为954m/s)，送粉速度:10g/min，粉末预热温度:300° C，喷涂距离:50mm，喷枪横扫速度:100mm/s,两道喷涂。获得涂层:沉积效率25%，孔隙率0.9%，厚度15 μ m,结合强度62MPa。实施例五(I)粉末球磨处理磨球:30只大(IOmm) +60 只中(8mm) +90 只小(5mm)号球粉末:30mol.%Ce02+Zr02粉末20g (ZrO2与CeO2两粉末直接混料)球磨转速为220r/min,球磨40小时后,XRD检测粉末晶粒尺寸为8nm,非晶成分含
量 28%ο喷雾干燥造粒:温度250° C，球形度75%，粒径D90=17 μ m。(2)冷喷涂沉积过程工作气体:氦气(He)，气体温度:350° C，压力:12个大气压(计算粉末粒子速度为792m/s)，送粉速度:15g/min，粉末预热温度:300° C，喷涂距离:30mm，喷枪横扫速度:50mm/s,两道喷涂获得涂层:沉积效率48%，孔隙率1.0%，厚度53 μ m,结合强度62MPa。实施例六(I)粉末球磨处理磨球:30只大(IOmm) +60 只中(8mm) +90 只小(5mm)号球粉末:IOmol.%Ce02+Zr02 粉末 20g (初始 ZrO2 与 CeO2 直接混料)球磨转速为220r/min,球磨40小时后，XRD检测粉末晶粒尺寸为13nm,非晶成分含量11%。无喷雾造粒过程,粒径D90=0.5 μ m。
( 2 )冷喷涂沉积过程工作气体:氦气(He)，气体温度:350° C，压力:15个大气压(计算粉末粒子速度为781m/s)，送粉速度:6g/min，粉末预热温度:350° C，喷涂距离:30mm，喷枪横扫速度:50mm/s,两道喷涂。获得涂层:沉积效率45%，孔隙率0.9%，厚度38 μ m,结合强度34MPa。实施例七(I)粉末球磨处理磨球:30只大(IOmm) +60 只中(8mm) +90 只小(5mm)号球粉末:20mol.%Ce02+Zr02 粉末 20g (初始 ZrO2 与 CeO2 直接混料)球磨转速为200r/min,球磨20小时后，XRD检测粉末晶粒尺寸为llnm,非晶成分含量16%。未经喷雾造粒，粒径D90=0.5mm。(2)冷喷涂沉积过程工作气体:氦气(He)，气体温度:350° C，压力:15个大气压(计算粉末粒子速度为781m/s),送粉:10g/min,粉末预热温度:400° C,喷涂距离:40mm,喷枪横扫速度:50mm/s,两道喷涂。获得涂层:沉积效率45%，孔隙率1.2%，厚度26 μ m,结合强度34MPa。
实施例八(I)粉末球磨处理磨球:30只大(IOmm) +60 只中(8mm) +90 只小(5mm)号球粉末:15mol.%Ce02+Zr02粉末20g (ZrO2与CeO2两粉末直接混料)球磨转速为250r/min，球磨85小时后，XRD检测粉末晶粒尺寸为9nm，非晶成分含
量 24%ο喷雾造粒:温度250° C，球形度90%，粒径D90=16ym。(2)冷喷涂沉积过程工作气体:氮气(N2),气体温度:550° C，压力:29个大气压(计算粉末粒子速度为639m/s)，送粉速度:14g/min，粉末预热温度:350° C，喷涂距离:40mm，喷枪横扫速度:50mm/s,两道喷涂。获得涂层:沉积效率55% ;孔隙率1.0% ;厚度40 μ m,拉伸结合强度42MPa。
权利要求
1.一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于包括下述步骤: 第一步，氧化锆/氧化铈陶瓷粉末的纳米化、非晶化前处理 将平均粒径均为1-10 μ m的Zr02、Ce02粉末按摩尔比3_10:1混料，得到混合粉末后干式球磨至混合粉末的晶粒度为10-15nm、非晶化转变的混合粉末占ZrO2与CeO2粉末总摩尔质量的5-20%，得到冷喷涂用Zr02+Ce02陶瓷粉末； 第二步:冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层 将第一步所得Zr02+Ce02陶瓷粉末经预热后冷喷涂在基体材料表面；或 将第一步所得Zr02+Ce02陶瓷粉末经喷雾造粒后预热，预热后冷喷涂在基体材料表面； 所述预热温度为300-400°C ； 冷喷涂工艺条件为: 工作气体为氮气或氦气，工作气体温度为350-550°C，工作气体压力为10-29个大气压；喷枪出口处距沉积基体材料表面距离为30-50mm。
2.根据权利要求1所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:所述ZrO2粉末的初始晶粒度为80-100纳米。
3.根据权利要求1所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:第一步中，所述混料采用ZrO2粉末与CeO2粉末的直接混合或采用溶胶凝胶法在ZrO2粉末表面包覆混合CeO2。
4.根据权利要求3所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:所述的采用溶胶凝胶法在ZrO2粉末表面包覆混合CeO2是通过下述方案实现的: 按摩尔比Zr =Ce:聚二乙醇=3-10:1:2分别称取ZrO2粉末、硝酸铈(Ce (NO3) 3.6H20)、聚二乙醇，然后先将硝酸铈充分溶入聚二乙醇中，在恒温水浴80°C的条件下，搅拌形成半透明溶胶；然后加入ZrO2粉末，搅拌均匀后冷却至室温，得到Ce (OH) 3包覆ZrO2的凝胶；用无水乙醇洗涤凝胶，抽滤，得到滤饼，将滤饼在490-510°C焙烧，使凝胶中Ce (OH) 3充分脱水分解，冷却至室温，最终获得ZrO2表面包覆有CeO2的复合粉末，复合粉末中CeO2粉层厚度大于3 μ m0
5.根据权利要求1所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:所述干式球磨采用大、中、小三种规格的磨球，磨球数量按大:中:小=1:2:3的比例配置，球料质量比15-20:1，球磨时间20-60小时；球磨转速为180-250r/min，球磨过程中每15-30min开启球磨罐刮粉一次。
6.根据权利要求5所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:大磨球直径为8_12mm,中磨球直径为6_9mm,小磨球直径为3_6mm。
7.根据权利要求1所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:第二步中，所述喷雾造粒所制备粉末颗粒的粒度为10-20 μ m、球形度> 70%。
8.根据权利要求1所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:冷喷涂时，送粉量6_15g/min,喷枪扫速50-150mm/min。
9.根据权利要求4所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:聚二乙醇选自国药集团化学试剂有限公司生产的聚二乙醇400。
10.根据权利要求1-9所述的一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法，其特征在于:所制备的氧化锆/氧化铈陶瓷涂层孔隙率低于1.2%、界面结合强度为30-55MPa、涂层厚度 20 μ m-70 μ m。
全文摘要
本发明提供了一种冷喷涂制备氧化锆/氧化铈陶瓷涂层的方法；属于冷喷涂陶瓷涂层制备技术领域。本发明通过下述方案实现将ZrO2与CeO2粉末按摩尔比为3-101混料后进行干式球磨，得到平均晶粒尺寸为10-15nm、非晶粉末占ZrO2与CeO2粉末总摩尔质量的5-20%的混合粉末，再将混合粉末在300-400℃预热后冷喷涂在基体材料表面，得到陶瓷涂层；冷喷涂的条件为以氮气或氦气为工作气体，工作气体温度在350-550℃，压力为10-29大气压；喷枪出口处距沉积基体材料表面距离为30-50mm。本发明一改以往通常需要添加塑性金属等填料才能获得冷喷涂陶瓷复合涂层的惯常做法，借助陶瓷粉末的纳米化和非晶化技术，最终获得孔隙率低于1.2%，沉积效率高于40%，涂层界面结合强度位于30-55MPa的ZrO2/CeO2陶瓷涂层。本发明工艺简单，适于工业化生产。
文档编号C23C24/04GK103074624SQ20121055883
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者熊玉明, 李松林, 王磊, 熊翔 申请人:中南大学