金属颗粒抗氧化层等离子体制备技术的制作方法

本发明涉及金属颗粒抗氧化层等离子体制备技术，具体说是涉及在金属颗粒表面制备一层具有良好抗氧化作用的梯度陶瓷结构的一种等离子体技术。

背景技术：

零价金属颗粒材料被广泛应用于国防军工、机械微电子、光学器件、生物医疗、化工能源等领域。然而，未经表面处理的零价金属颗粒材料存在抗氧化性差、易腐蚀等缺陷。cn105385987a公布了一种金属钨表面高温抗氧化层的制备方法，该方法主要是将具有洁净表面的金属钨埋入钼化渗剂中，经惰性氛围热处理后得到金属钨表面具有钨钼固溶体层的半成品，随后将该半成品经氮气热处理后被埋入硅化渗剂中，并在惰性气氛中热加工得到金属钨表面为w-mo-n-si系高温抗氧化层的成品。然而，该制备工艺较为复杂、生产成本较高，而且涂层与基体间的热匹配性差、难以控制涂层的结构与相态，直接影响着金属钨的高温使用寿命。公开号为cn1452453的专利申请，提出了一种通过紫外线照射形成抗氧化层的方法，首先在原导电主体的包覆皮膜表面先施以银胶的覆盖，随后在银胶的表层涂布内含uv起始剂的pu(聚氨酯)，最后再经紫外线的照射，令pu与起始剂产生交聚反应，形成稳固附着于银胶表层的抗氧化pu层。该制备工艺同样存在涂层与基体之间的热膨胀系数难以匹配的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对背景技术存在的金属颗粒材料易腐蚀、抗氧化性能差、抗氧化层与基体热膨胀系数难以匹配的缺陷，提出了金属颗粒抗氧化层等离子体制备技术。本发明在金属颗粒表面得到一层厚度为200～600nm的稳定附着在金属颗粒表面的抗腐蚀、高温抗氧化的梯度陶瓷结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

金属颗粒抗氧化层等离子体制备技术，其特征在于，包括以下步骤：

将金属颗粒在空气中高温氧化得到前驱体材料，氧化温度为500～900℃，氧化时间为1～15h；

将前驱体材料经等离子体处理，形成厚度为200～600nm的稳定附着在金属颗粒表面的高温抗氧化梯度陶瓷结构，即抗氧化层；其中，等离子体处理的气压为50～150pa，温度为500～900℃，等离子体功率为300～500w，单次反应时间为20s～60s，间隔时间为20～40s，反应次数为20～40次。

进一步地，所述金属颗粒包括但不限于feco、fesial等零价态颗粒。

进一步地，所述金属颗粒表面的高温抗氧化梯度陶瓷结构包括2～4层梯度陶瓷层。

本发明的有益效果为：

本发明提供的金属颗粒抗氧化层等离子体制备技术，利用在fsa(fesial)表面原位氧化生成无序氧化层，并进一步通过等离子体技术将无序氧化层转换为全新的具有优良的抗氧化、抗腐蚀性能的梯度陶瓷层。本发明技术形成的梯度陶瓷层可有效减小fsa与氧化气氛之间的传输通道，提高fsa的抗氧化和抗腐蚀性能；与传统的抗氧化涂层相比，原位生长的梯度陶瓷与金属颗粒具有较高的结合强度，使得耐高温抗氧化层与基体热膨胀系数匹配性大大提升。本发明工艺简单，成本较低，反应过程可控且产率高，有很大的利用价值和开发前景。

附图说明

图1为实施例1步骤2得到的梯度陶瓷/fsa复合结构(fsa@gcls)截面背散射电子图像；

图2为实施例1～4得到的梯度陶瓷/fsa复合结构的sem图；其中，(a)为实施例2，(b)为实施例3，(c)为实施例4，(d)为实施例1；

图3为实施例1得到的梯度陶瓷/fsa复合结构的xrd图；

图4为实施例1得到的梯度陶瓷/fsa复合结构的tg曲线(a)和第二阶段起始点温度(b)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

一种金属颗粒抗氧化层等离子体制备技术，包括以下步骤：

称取一定质量的fesial(fsa)金属颗粒，在空气中高温氧化得到前驱体材料，氧化温度为500～900℃，氧化时间为1～15h；

将前驱体材料经等离子体处理，使前驱体材料表面经历等离子体刻蚀、冲刷和自身组织重构等过程，形成一层厚度为200～600nm的稳定附着在金属颗粒表面的高温抗氧化梯度陶瓷结构，即抗氧化层；具体过程为：将前驱体材料置于惰性气体气氛的反应炉内，炉内气压为50～150pa，温度为500～900℃，等离子体功率为300～500w，单次反应时间为20s～60s，间隔时间为20～40s，反应次数为20～40次；反应完成后，自然冷却至室温，取出，即可得到厚度为200～600nm的稳定附着在金属颗粒表面的高温抗氧化梯度陶瓷结构，即抗氧化层。

实施例1

耐高温抗氧化梯度陶瓷/fsa复合结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取50g微米级的fesial(fsa)金属颗粒，在空气中高温氧化得到前驱体材料，氧化温度为700℃，氧化时间为10h；

步骤2、通过等离子制备技术处理步骤1得到的前驱体材料(fsa@cls)；具体为：将步骤1得到的前驱体材料置于氩气气氛的cvd炉内，在炉内气压为95pa、温度为850℃、等离子体功率为450w的条件下进行多次等离子体反应，单次反应时间为60s，两次反应间隔时间为20s，反应次数为20次；反应完成后，自然冷却至室温，取出产物，即可得到梯度陶瓷/fsa复合结构(fsa@gcls)。

图1为实施例1步骤2得到的梯度陶瓷/fsa复合结构(fsa@gcls)截面背散射电子图像；由图1可知，实施例1得到的复合结构中，fsa表面陶瓷层呈梯度分布，厚度约为400nm～500nm。

实施例2

本实施例与实施例1相比，区别在于：

步骤2通过等离子制备技术处理步骤1得到的前驱体材料(fsa@cls)时，具体过程为：将步骤1得到的前驱体材料置于氩气气氛的cvd炉内，在炉内气压为95pa、温度为750℃、等离子体功率为450w的条件下进行多次等离子体反应，单次反应时间为40s，两次反应间隔时间为20s，反应次数为20次；反应完成后，自然冷却至室温，取出产物，即可得到梯度陶瓷/fsa复合结构(fsa@gcls)。

实施例3

本实施例与实施例1相比，区别在于：

步骤2通过等离子制备技术处理步骤1得到的前驱体材料(fsa@cls)时，具体过程为：将步骤1得到的前驱体材料置于氩气气氛的cvd炉内，在炉内气压为95pa、温度为800℃、等离子体功率为450w的条件下进行多次等离子体反应，单次反应时间为40s，两次反应间隔时间为20s，反应次数为20次；反应完成后，自然冷却至室温，取出产物，即可得到梯度陶瓷/fsa复合结构(fsa@gcls)。

实施例4

本实施例与实施例1相比，区别在于：

步骤2通过等离子制备技术处理步骤1得到的前驱体材料(fsa@cls)时，具体过程为：将步骤1得到的前驱体材料置于氩气气氛的cvd炉内，在炉内气压为95pa、温度为850℃、等离子体功率为450w的条件下进行多次等离子体反应，单次反应时间为40s，两次反应间隔时间为20s，反应次数为20次；反应完成后，自然冷却至室温，取出产物，即可得到梯度陶瓷/fsa复合结构(fsa@gcls)。

图2为实施例1～4得到的梯度陶瓷/fsa复合结构的sem图；其中，(a)为实施例2，(b)为实施例3，(c)为实施例4，(d)为实施例1；由图2可知，实施例2中颗粒表面有少量裂纹，实施例3颗粒表面无明显裂纹，实施例4颗粒表面出现白色微粒，实施例1中颗粒表面白色微粒相较于实施例4颗粒表面白色微粒尺寸明显增大。

图3为实施例1(fsa@gcls)得到的梯度陶瓷/fsa复合结构的xrd图；由图3可知，fsa、fsa@cls和fsa@gcls主要衍射峰为fsa，同时出现了少量al2o3和fe2o3，这表明fsa经氧化后产生了fe2o3，fsa@cls经等离子诱导技术处理后生成了al2o3，同时也证明高温氧化和等离子诱导技术并没有影响或改变fsa的本征特性。

图4为实施例1(fsa@gcls)得到的梯度陶瓷/fsa复合结构的tg曲线(a)和第二阶段起始点温度(b)。由图4a可知，fsa、fsa@cls和fsa@gcls的氧化可以分为两个阶段：固态氧化和液态氧化。由图4b可知，fsa@gcls的第二阶段起始温度明显比fsa升高120℃以上。