本发明公开了一种耐高温镀层的制备方法，属于防护材料制备
技术领域：
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背景技术：
：为了好看或储藏而涂在金属表面涂上一层塑料，或者一层稀薄的金属或为仿造某种贵重金属，在普通金属的表面镀上这种贵重金属的薄层。随着航空发动机向高推重比发展，发动机的设计进口温度不断提高。推重比12～15及15～20一级发动机叶片工作温度将达到1400℃及1600℃。单独使用高温结构材料技术已不能满足先进航空发动机迅速发展的迫切要求，采用热障涂层技术是目前大幅度提高航空发动机工作温度的唯一切实可行的方法。目前获得实际应用的热障涂层大多为双层结构，表层为陶瓷隔热层，主要作用是隔热、抗腐蚀、冲刷和侵蚀；底层为金属粘结层，起着抗高温氧化腐蚀和改善基体与陶瓷涂层物理相容性的作用。不锈钢具有优异的耐腐蚀性能、综合机械性能和工艺性能，从而在医疗器械、食品加工和餐饮卫生等领域得到广泛应用。与此同时，随着人们生活水平和健康意识的不断提高，不锈钢作为日常生活洁具、厨具及餐具的主要材料之一，不仅要求其光亮、美观而且要求能够抗菌杀菌。利用表面处理技术在不锈钢表面形成抗菌涂层，是提高其抗菌性能的经济而有效的方法。然而，现有的一些表面改性技术在硬度较低的不锈钢表面应用上存在一些缺点如较薄的注入层、涂层及镀层，由于韧性不足或结合强度问题而极易导致表面改性层在承载条件下开裂、剥落而失效。化学镀镍-磷合金由于在镀层中引入磷，特别是当磷含量较高时所得镀层为非晶态结构，具有好的耐腐蚀性能。对于多元化学镀层，例如镍-磷-m(m是下列任何元素之一：铬、钼、钨、稀土等)，由于在镀层中引入耐腐蚀的第三元组分m(研究表明m在镀层中含量不高)，使该镀层也具有良好的耐腐蚀性能。但是以上这些化学镀层相对于钢铁均为阴极保护镀层，存在一旦镀层破损或致密性较差，则会极大地加速钢铁的腐蚀的缺陷，且目前普通的镀层硬度低、热膨胀系数高，受温度影响时变形程度大。因此，发明一种耐高温镀层对防护材料制备
技术领域：
具有积极意义。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对各类发动机的设计进口温度不断提高，目前普通的镀层硬度低且热膨胀系数高，受温度影响时变形程度大，发动机表面与镀层结合强度差而极易导致表面镀层在承载条件下开裂、剥落而失效的缺陷，提供了一种耐高温镀层的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐高温镀层的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取不锈钢板用砂纸打磨后再用丙酮擦洗不锈钢板表面，配制氢氧化钠溶液，加热得到热碱液，用热碱液清洗不锈钢板20～25min后，再用去离子水冲洗不锈钢板3～4次得到不锈钢基板；（2）按重量份数计，将10～15份氧化钡、16～18份氧化硼、13～15份氧化铝、25～30份氧化铈和8～10份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入马弗炉中，加热升温，保温烧结，取出刚玉坩埚，用水淬冷处理，得到玻璃块，将玻璃块放入研钵中研磨，过筛得到玻璃粉；（3）按重量份数计，将镍粉与玻璃粉混合得到玻璃金属粉，将70～80份玻璃金属粉置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60～70份聚乙烯醇水溶液，球磨得到玻璃金属粉浆；（4）用硫酸溶液对铝粉进行洗涤，再用去离子水对铝粉进行二次清洗，按重量份数计，将30～40份六水硫酸镍、20～25份水合肼、10～15份氢氧化钠溶液、30～40份去离子水和15～18份铝粉混合置于烧杯中，得到氧化电镀液；（5）将玻璃金属粉浆置于烘箱中，加热升温，干燥得到金属陶瓷干粉，将70～80g金属陶瓷干粉分散于200～220ml氧化电镀液后，置于高速分散机中，高速分散，得到复合镀液；（6）将不锈钢基板置于复合镀液中，以铂片作为阳极，不锈钢基板作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，微弧氧化反应得到微弧氧化电镀的工件；（7）将微弧氧化电镀的工件置于电阻炉中，对电阻炉抽真空，向电阻炉中通满氩气，加热升温保温预烧，继续升温保温烧结，自然冷却至室温，制备得到耐高温镀层。步骤（1）所述的不锈钢板尺寸为20mm×20mm×100mm，氢氧化钠溶液质量分数为20%，加热升温后温度为60～70℃。步骤（2）所述的加热升温后温度为1450～1500℃，保温烧结时间为2～3h，淬冷处理时间为20～25min，水的温度20～25℃，所过筛规格为400目。步骤（3）所述的镍粉与玻璃粉混合质量比为1︰3，聚乙烯醇水溶液的质量分数为20%，球磨转速为700～800r/min，球磨时间为6～7h。步骤（4）所述的硫酸溶液质量分数为20%，氢氧化钠溶质量分数为20%。步骤（5）所述的烘箱加热升温后温度为80～90℃，干燥时间为20～24h，高速分散转速为3000～4000r/min，高速分散时间为20～25min。步骤（6）所述的微弧氧化反应时间为10～18min，控制电流密度为5～30a/dm2、电源频率为20～30khz、占空比为10～50％，电解液温度为30～40℃。步骤（7）所述的对电阻炉抽真空至真空度为40～50pa，升温速率为4～5℃/min，加热升温后温度为400～500℃，保温预烧时间为2～3h，继续升温后温度为700～800℃，升温后保温烧结时间为30～35min。本发明的有益效果是：（1）本发明将不锈钢板用丙酮和热碱液清洗，得到不锈钢基板，将氧化钡、氧化硼、氧化铝、氧化铈、氧化锆混合放入马弗炉中烧结熔融后淬冷处理得到玻璃块，经研磨得到玻璃粉，以镍粉和玻璃粉为原料混合得到玻璃金属粉，添加聚乙烯醇水溶液，经过球磨得到玻璃金属粉浆，将铝粉用硫酸清洗后与六水硫酸镍和氢氧化钠等物质混合得到氧化电镀液，将玻璃金属粉浆烘干得到金属陶瓷干粉，以氧化电镀液为分散剂分散金属陶瓷干粉，经高速分散机分散得到复合镀液，将不锈钢基板作为阴极置于复合镀液中进行微弧氧化电镀后并在氩气保护下高温烧结得到耐高温镀层，本发明中玻璃粉成分中的氧化铈为稀土氧化物中活性最强的氧化物，它能加强复合镀液中陶瓷粉体与基体材料分子间的原子轨道交互作用，降低界面反应的活化能，促进界面反应的发生，使金属陶瓷粉体中含活性镍原子能与基体材料中的金属形成金属键，提高了镀层与基体材料之间的密着性，在高温条件下不易从基体材料中脱落，另外玻璃粉中稀土氧化物氧化锆熔点高、硬度仅次于金刚石并且热膨胀系数小，从而提高镀层耐高温性能；（2）本发明中用复合镀液浸涂不锈钢基板时，复合镀液中水化氧化铝粒子吸附周围金属离子而带正电，不锈钢基板表面带负电，在静电吸引力的作用下水化氧化铝粒子不断地向不锈钢基板表面迁移，当其靠近不锈钢基板后，水化氧化铝粒子接触到不锈钢基板表面，并从不锈钢基板上得到电子，使水化氧化铝粒子周围金属离子分散开来，在不锈钢基板表面水化氧化铝粒子发生脱水聚合反应，生成氧化铝粒子，氧化铝粒子在不锈钢基板表面沉积，形成高密度的氧化金属保护膜膜，在高温烧结后退火处理过程中，空气会对镀层进行预氧化作用，在微弧氧化镀层表面可形成一层致密陶瓷晶粒，晶粒间界面能较高，从而使金属陶瓷粉体间的结合力提高，保持高致密度，从而使镀层与基板能高强度结合，应用于高速传动的发动机时不易产生磨损，应用前景广阔。具体实施方式取尺寸为20mm×20mm×100mm的不锈钢板，用砂纸打磨后再用丙酮擦洗不锈钢板表面，配制质量分数为20%的氢氧化钠溶液，加热至60～70℃，得到热碱液，用热碱液清洗不锈钢板20～25min后，再用去离子水冲洗不锈钢板3～4次得到不锈钢基板；按重量份数计，将10～15份氧化钡、16～18份氧化硼、13～15份氧化铝、25～30份氧化铈和8～10份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入马弗炉中，加热升温至1450～1500℃，保温烧结2～3h，取出刚玉坩埚，用20～25℃的水淬冷处理20～25min，得到玻璃块，将玻璃块放入研钵中研磨3～4h，过400目筛得到玻璃粉；按重量份数计，将镍粉与玻璃粉按质量比1︰3混合得到玻璃金属粉，将70～80份玻璃金属粉置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60～70份质量分数为20%的聚乙烯醇水溶液，以700～800r/min的转速球磨6～7h，得到玻璃金属粉浆；用质量分数为20%的硫酸溶液对铝粉进行洗涤，再用去离子水对铝粉进行二次清洗，按重量份数计，将30～40份六水硫酸镍、20～25份水合肼、10～15份质量分数为20%氢氧化钠溶液、30～40份去离子水和15～18份铝粉混合置于烧杯中，得到氧化电镀液；将玻璃金属粉浆置于烘箱中，加热升温至80～90℃，干燥20～24h，得到金属陶瓷干粉，将70～80g金属陶瓷干粉分散于200～220ml氧化电镀液后，置于高速分散机中，以3000～4000r/min的转速高速分散20～25min，得到复合镀液；将不锈钢基板置于复合镀液中，以铂片作为阳极，不锈钢基板作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，微弧氧化反应10～18min，得到微弧氧化电镀的工件，控制电流密度为5～30a/dm2、电源频率为20～30khz、占空比为10～50％，电解液温度为30～40℃；将微弧氧化电镀的工件置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为40～50pa，向电阻炉中通满氩气，以4～5℃/min的升温速率加热升温至400～500℃，保温预烧2～3h，继续升温至700～800℃，保温烧结30～35min，自然冷却至室温，制备得到耐高温镀层。取尺寸为20mm×20mm×100mm的不锈钢板，用砂纸打磨后再用丙酮擦洗不锈钢板表面，配制质量分数为20%的氢氧化钠溶液，加热至60℃，得到热碱液，用热碱液清洗不锈钢板20min后，再用去离子水冲洗不锈钢板3次得到不锈钢基板；按重量份数计，将10份氧化钡、16份氧化硼、13份氧化铝、25份氧化铈和8份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入马弗炉中，加热升温至1450℃，保温烧结2h，取出刚玉坩埚，用20℃的水淬冷处理20min，得到玻璃块，将玻璃块放入研钵中研磨3h，过400目筛得到玻璃粉；按重量份数计，将镍粉与玻璃粉按质量比1︰3混合得到玻璃金属粉，将70份玻璃金属粉置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60份质量分数为20%的聚乙烯醇水溶液，以700r/min的转速球磨6h，得到玻璃金属粉浆；用质量分数为20%的硫酸溶液对铝粉进行洗涤，再用去离子水对铝粉进行二次清洗，按重量份数计，将30份六水硫酸镍、20份水合肼、10份质量分数为20%氢氧化钠溶液、30份去离子水和15份铝粉混合置于烧杯中，得到氧化电镀液；将玻璃金属粉浆置于烘箱中，加热升温至80℃，干燥20h，得到金属陶瓷干粉，将70g金属陶瓷干粉分散于200ml氧化电镀液后，置于高速分散机中，以3000r/min的转速高速分散20min，得到复合镀液；将不锈钢基板置于复合镀液中，以铂片作为阳极，不锈钢基板作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，微弧氧化反应10min，得到微弧氧化电镀的工件，控制电流密度为5a/dm2、电源频率为20khz、占空比为10％，电解液温度为30℃；将微弧氧化电镀的工件置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为40pa，向电阻炉中通满氩气，以4℃/min的升温速率加热升温至400℃，保温预烧2h，继续升温至700℃，保温烧结30min，自然冷却至室温，制备得到耐高温镀层。取尺寸为20mm×20mm×100mm的不锈钢板，用砂纸打磨后再用丙酮擦洗不锈钢板表面，配制质量分数为20%的氢氧化钠溶液，加热至65℃，得到热碱液，用热碱液清洗不锈钢板22min后，再用去离子水冲洗不锈钢板3次得到不锈钢基板；按重量份数计，将12份氧化钡、17份氧化硼、14份氧化铝、27份氧化铈和9氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入马弗炉中，加热升温至1470℃，保温烧结2.5h，取出刚玉坩埚，用25℃的水淬冷处理22min，得到玻璃块，将玻璃块放入研钵中研磨3.5h，过400目筛得到玻璃粉；按重量份数计，将镍粉与玻璃粉按质量比1︰3混合得到玻璃金属粉，将75份玻璃金属粉置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入65份质量分数为20%的聚乙烯醇水溶液，以750r/min的转速球磨6.5h，得到玻璃金属粉浆；用质量分数为20%的硫酸溶液对铝粉进行洗涤，再用去离子水对铝粉进行二次清洗，按重量份数计，将35份六水硫酸镍、22份水合肼、12份质量分数为20%氢氧化钠溶液、35份去离子水和17份铝粉混合置于烧杯中，得到氧化电镀液；将玻璃金属粉浆置于烘箱中，加热升温至85℃，干燥22h，得到金属陶瓷干粉，将75g金属陶瓷干粉分散于210ml氧化电镀液后，置于高速分散机中，以3500r/min的转速高速分散22min，得到复合镀液；将不锈钢基板置于复合镀液中，以铂片作为阳极，不锈钢基板作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，微弧氧化反应14min，得到微弧氧化电镀的工件，控制电流密度为20a/dm2、电源频率为25khz、占空比为35％，电解液温度为35℃；将微弧氧化电镀的工件置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为45pa，向电阻炉中通满氩气，以4℃/min的升温速率加热升温至450℃，保温预烧3.5h，继续升温至750℃，保温烧结32min，自然冷却至室温，制备得到耐高温镀层。取尺寸为20mm×20mm×100mm的不锈钢板，用砂纸打磨后再用丙酮擦洗不锈钢板表面，配制质量分数为20%的氢氧化钠溶液，加热至70℃，得到热碱液，用热碱液清洗不锈钢板25min后，再用去离子水冲洗不锈钢板4次得到不锈钢基板；按重量份数计，将15份氧化钡、18份氧化硼、15份氧化铝、30份氧化铈和10份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入马弗炉中，加热升温至1500℃，保温烧结3h，取出刚玉坩埚，用25℃的水淬冷处理25min，得到玻璃块，将玻璃块放入研钵中研磨4h，过400目筛得到玻璃粉；按重量份数计，将镍粉与玻璃粉按质量比1︰3混合得到玻璃金属粉，将80份玻璃金属粉置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入70份质量分数为20%的聚乙烯醇水溶液，以800r/min的转速球磨7h，得到玻璃金属粉浆；用质量分数为20%的硫酸溶液对铝粉进行洗涤，再用去离子水对铝粉进行二次清洗，按重量份数计，将40份六水硫酸镍、25份水合肼、15份质量分数为20%氢氧化钠溶液、40份去离子水和18份铝粉混合置于烧杯中，得到氧化电镀液；将玻璃金属粉浆置于烘箱中，加热升温至90℃，干燥24h，得到金属陶瓷干粉，将80g金属陶瓷干粉分散于220ml氧化电镀液后，置于高速分散机中，以4000r/min的转速高速分散25min，得到复合镀液；将不锈钢基板置于复合镀液中，以铂片作为阳极，不锈钢基板作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，微弧氧化反应18min，得到微弧氧化电镀的工件，控制电流密度为30a/dm2、电源频率为30khz、占空比为50％，电解液温度为40℃；将微弧氧化电镀的工件置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为50pa，向电阻炉中通满氩气，以5℃/min的升温速率加热升温至500℃，保温预烧3h，继续升温至800℃，保温烧结35min，自然冷却至室温，制备得到耐高温镀层。对比例以河北某公司生产的耐高温镀层作为对比例对本发明制得的耐高温镀层和对比例中的耐高温镀层进行性能检测，检测结果如表1所示：测试方法：硬度测试按维氏硬度hv进行检测；热膨胀系数测试采用德国耐驰有限公司生产的dil402c热膨胀仪进行检测；附着力测试按gb9286划圈法进行检测；剥离强度按照ipc-tm-6502.4.9方法测试剥离强度，并观察表面变化情况；表1镀层性能测定结果测试项目实例1实例2实例3对比例硬度（hv）772.8795.4815.2520.9热膨胀系数（k-1）5.3×10-65.2×10-65.0×10-66.5×10-6附着力（级）0002剥离强度（n/cm）18192011表面变化情况未开裂，未剥落未开裂，未剥落未开裂，未剥落轻微开裂，轻微剥落根据上述中数据可知本发明制得的耐高温镀层硬度高，热膨胀系数低，不会因温度影响而变形，耐高温性好，结合强度高，表面无开裂、剥落现象，具有广阔的应用前景。当前第1页12