一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法，属于热喷涂陶瓷涂层材料领域。

背景技术：

多孔陶瓷材料具有密度低、比表面积高、热导率低、耐腐蚀等优异的性能，在冶金、化工和生物一样等领域得到广泛应用，用于气体液体过滤、净化、分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物植入材料、特种墙体材料和传感器材料等发面都有广泛的应用。

传统的多孔材料制备方法可以分为：1、挤压成型法，该方法只能生产厚度1mm以上的多孔材料，不能生产厚度小于1mm的陶瓷多孔材料，不能成型复杂孔道的材料，对材料塑性要求较高，不能生产硬度较高的多孔材料。2、颗粒堆积成孔工艺，该方法是成本较高，而且气孔率较低。3、添加造孔剂工艺法，该方法气孔分布均匀性较差，不适合制取气孔率较高的制品。4、溶胶-凝胶工艺法，该方法制得的多孔陶瓷空间分布范围极其狭窄。

针对上述技术存在的缺点或不足，需要一种低成本、工艺简单的方法来制备一种硬度、强度高的陶瓷多孔涂层来弥补上述技术的缺点、延长陶瓷涂层的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）对基体表面进行粗化、清洁处理，然后将粘结剂送入送粉器内在基体的待喷涂表面喷涂（例如超音速火焰喷涂技术）粘结层；

（2）将高温稳定剂与发汗剂混合均匀得到混合粉末，将所得混合粉末和冷却剂分别送入两个送粉器中，在喷涂了粘结层的基体表面进行热喷涂得到陶瓷涂层，对陶瓷涂层进行热处理得到热喷涂多孔陶瓷涂层材料；

步骤（1）和（2）中各原料的重量份数为：高温稳定剂50~60重量份，粘结剂20~30重量份，冷却剂5~20重量份，发汗剂5~10重量份。

优选的，本发明所述高温稳定剂为ysz、40%tio2+al2o3（at40）、sic、tib2粉末中的一种、两种或多种按任意比例混合得到的混合粉末，粉末过325目机械振动筛。

优选的，本发明所述粘结剂为nicocral、nicral、cocral粉末中的一种，粉末过325目机械振动筛。

优选的，本发明所述冷却剂为mg、cu、al粉末中的一种，粉末过325目机械振动筛。

优选的，本发明所述发汗剂均为表面包裹铜的pb、sn、li、zn粉末中的一种，粉末过325目机械振动筛。

优选的，本发明步骤（2）中热处理的条件为升温速度和降温速度为10℃/min，在700-1100℃氩气保护环境中，保温60min。

本发明所述方法中：基体表面的粗化、清洁处理（将基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为：锆刚玉、白刚玉或棕刚玉，其粒度为15~30μm），在基体的待喷涂表面利用超音速火焰喷涂技术喷涂粘结层，热喷涂（等离子喷涂、超音速火焰喷涂等）技术均为本领域的常规技术。

本发明的有益效果为：

（1）本发明所述方法孔隙尺寸可控、力学性能可控、表面状态可控，工艺简单，成本较低，孔隙率较高。

（2）本发所述方法在热喷涂过程中采用特定的原料，使陶瓷涂层在热处理时去除均匀分布在涂层内的低熔点冷却剂和发汗剂，得到热喷涂多孔陶瓷涂层材料，该涂层不仅可以减轻涂层的重量，当用于摩擦副材料表面时，可以为润滑储油提供条件，进一步降低摩擦系数，减少磨损量，提高涂层的耐磨特性；当用于高温材料时，该多孔涂层可以成为一个空气障，减少热量的传输。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。

（2）称取60gysz粉，20gnicocral粉，10gmg，10g铜包mg粉；利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。

（3）把步骤（2）中制得的60gysz（钇稳定氧化锆）粉末，10g铜包li粉末进行充分混合。

（4）将（2）中得到的nicocral粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。

（5）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（2）中得到的10gmg粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的的粉末放入另一个送粉器，设置等离子喷涂设备参数（喷涂距离为18mm；功率120kw；ar流量100l/min；n2流量200l/min；h2流量10l/min，送粉电压为18v），利用等离子喷涂设备在步骤（4）所得基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂发汗陶瓷涂层。

（6）将步骤（5）中得到的发汗陶瓷涂层进行700℃热处理1小时，升温速度和降温速度为10℃/min，就可得到热喷涂多孔陶瓷涂层材料。

实施例2

一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。

（2）称取50gat40粉末、30gnicral粉末、12gcu粉末、8g铜包sn粉末。利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。

（3）把步骤（2）中制得的50gat40粉末与8g铜包sn粉末进行充分混合。

（4）将（2）中得到的nicral粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。

（5）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（2）中得到的12gcu粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的的粉末放入另一个送粉器，设置等离子喷涂设备参数（喷涂距离为22mm；功率180kw；ar流量150l/min；n2流量300l/min；h2流量20l/min，送粉电压为18v。），利用等离子喷涂设备在步骤（4）所得基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂发汗陶瓷涂层。

（6）将步骤（5）中得到的发汗陶瓷涂层进行1100℃热处理1小时，升温速度和降温速度为10℃/min，就可得到热喷涂多孔陶瓷涂层材料。

实施例3

一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。

（2）称取50gsic粉末、25gcocral粉末，20gal粉末，5g铜包pb粉末。利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。

（3）把步骤（2）中制得的50gsic粉末与5g铜包pb粉末进行充分混合。

（4）将（2）中得到的cocral粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。

（5）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（2）中得到的20gal粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的的粉末放入另一个送粉器，设置等离子喷涂设备参数（喷涂距离为20mm；功率150kw；ar流量120l/min；n2流量260l/min；h2流量15l/min，送粉电压为18v。），利用等离子喷涂设备在步骤（4）所得基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂发汗陶瓷涂层。

（6）将步骤（5）中得到的发汗陶瓷涂层进行1000℃热处理1小时，升温速度和降温速度为10℃/min，就可得到热喷涂多孔陶瓷涂层材料。

实施例4

一种热喷涂多孔陶瓷涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。

（2）称取25gtib2和30gsic粉末、30gcocral粉末，5gcu粉末，10g铜包zn粉末，利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。

（3）把步骤（2）中制得的25gtib2和30gsic粉末与10g铜包zn粉末进行充分混合。

（4）将（2）中得到的cocral粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。

（5）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（2）中得到的5gcu粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的粉末放入另一个送粉器，设置等离子喷涂设备参数（喷涂距离为19mm；功率16kw；ar流量140l/min；n2流量270l/min；h2流量16l/min，送粉电压为18v），利用等离子喷涂设备在步骤（4）所得基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂发汗陶瓷涂层。

（6）将步骤（5）中得到的发汗陶瓷涂层进行1100℃热处理1小时，升温速度和降温速度为10℃/min，就可得到热喷涂多孔陶瓷涂层材料。

表1为本发明实施例1-4所得热喷涂多孔陶瓷涂层与对应的传统方法所制备的陶瓷涂层进行孔隙率、硬度等指标测试的数据，从表中可知，热喷涂多孔陶瓷涂层与传统方法制备的陶瓷涂层硬度没有太大变化，孔隙率有较大幅度的增加，且可以看出实施例中孔隙率的大小可以通过控制冷却剂和发汗剂的含量来调整，冷却剂和发汗剂的含量越高，孔隙率越大；从实施例中可以看出多孔陶瓷涂层的力学性能可控、表面状态可控，孔隙率可控。

表1

以上举例只是本发明的部分运用举例，但是本发明不只限于实施例，只要其以任何相同或相似方法、工艺流程达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。