高性能陶瓷涂层制备法.pptVIP

高性能陶瓷涂层制备方法 * 目 录 * 一、高性能陶瓷涂层概述 高性能陶瓷是继有机树脂、金属及合金之间涌现出来的一类非金属无机涂层总称。随着宇航、电子、军工等尖端科学技术的发展，近半个世纪以来特别是20世纪90年代以来，得到了持续高速的发展。与整体结构陶瓷材料相比，高性能涂层能有机地将金属材料的强韧性、易加工性、导电导热性等和陶瓷材料的耐高温性、高耐磨、高耐腐等特点结合起来，发挥两类材料的综合优势。且能够在钢铁有色金属、玻璃、树脂板等多种基体材料上沉积，其中可用于制备陶瓷涂层的材料品种也很多，包括各种氧化物和复合氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物以及金属陶瓷和金属间化合物。 但是，陶瓷深层也存在着其固有缺点：①陶瓷涂层塑性变形能力差，对应力集中和裂纹敏感、抗热震和抗疲劳性能差；②陶瓷涂层材料与金属材料的膨胀系数、热导率差别大，使用中产生不同的应力状态，影响其使用寿命。③涂层与基体之间为机械嵌合或分子力结合，存在结合强度不同。 二、应 用 * * 三、等离子喷涂法制备Fe-Al/Al2O3复合陶瓷涂层1、化学镀法制备Fe包覆Al复合粉体 * 化学镀（electroless plating）又称无电解镀： 在无外加电源的情况下，采用合适的还原剂在具有催化活性的基体表面将同一溶液中金属离子还原为金属原子后，依靠化学吸附作用在基体表面形成牢固吸附且结构致密的镀层，若沉积金属对还原剂具有催化性，则会不断地沉积出金属，实质上是自催化氧化还原反应。 化学镀具有以下特点： （1）镀层非常的均匀，化学镀液的分散力接近100%，无明显地边缘效应，几乎是基材（工件）形状的复制，因此特别适合复杂形状工件、腔体件、深孔件、盲孔件、管件内壁等表面施镀。 （2）通过敏化、活化等前处理，化学镀可以在非金属（非导体）如玻璃、塑料、陶瓷及半导体材料表面上进行。 （3）工艺、设备简单，容易实现。 (4) 化学镀是靠基材的自催化活性起镀，其镀层结合力好。 * 硫酸亚铁的络合 镀液的配制 施镀 原料铝粉的预处理 后续处理 等 化学镀装置 * 硫酸亚铁的络合 定量称取硫酸亚铁、酒石酸钠及柠檬酸，分别用一定量的蒸馏水溶解。充分溶解后将三者混合均匀，约20min后滴加一定体积的浓氨水调节PH为碱性，一般PH9 镀液的配制 定量称取亚磷酸钠，用一定量的蒸馏水完全溶解后，在剧烈搅拌下加入制备的络合溶液中，然后用NaOH溶液调节PH值到规定值。将调节好的镀液移入容量瓶，用蒸馏水调节镀液体积至规定值后，将镀液倒入烧杯，加入少量明胶和硫脲，搅拌均匀。 原料铝粉的预处理 将1.2g氟化钠溶于100ml去离子水中；在完全溶解的氟化钠中加入5~6ml 1mol/L的盐酸，搅拌均匀，配置成预处理液。将原料铝粉加入预处理液中，室温下超声振荡5min；用酸度计测定其PH至10左右。 * 施镀 将配置的镀液放入恒温水浴中加热。把预处理后的铝粉加入镀液中，开始搅拌烧杯中镀液，达到规定时间后停止搅拌。搅拌完成后，可把镀液放到冷水中静置5~10min 后续处理 化学镀获得的复合粉体沉积到容器底部，须经清洗、烘干后，才可以进行其他性能测试，步骤如下： ① 用抽滤装置抽滤，分离滤液和复合粉体。 ② 用蒸馏水和无数乙醇交替清洗粉体3~4次，直到中性。 ③ 将清洗干净的复合粉体置于真空干燥箱中，在80℃下干燥3h取出粉末。 * 2、等离子喷涂制备Fe-Al/Al2O3梯度涂层 以Q235钢为基体材料，经表面预处理后，采用等离子喷涂设备，主气与送粉气为氩气，副气为氢气，将不同成分的粉料依次喷涂在基体上，制备了Fe-Al/Al2O3梯度涂层。 在涂层形成过程中，粉体在等离子焰流的作用下被融化或部分熔化或达到软化状态，发生反应形成金属间化合物，在等离子焰流的作用下被加速，当具有一定速度的喷射粒子到达基体表面时，喷射粒子以一定的动能冲击基体表面，在产生碰撞的瞬间，粒子的动能转化为热能传给基体，并与基体的粗糙表面紧密接触产生变形，且迅速冷凝而收缩，呈扁平状黏结在基体的表面上。撞击后的凝固冷却过程中，薄片粒子继续受外部环境和喷枪的热气流影响，随后下粒子撞击在前一粒子上，形成第二层薄片，通过已形成的薄片向基材或涂层进行热传导。喷涂粒子连续不断地冲击在基体表面上并产生上述过程。在粒子和表面之间和粒子与粒子之间就会相互交错地黏结在一起而形成涂层。 ①Fe-Al ②Fe-Al +25%Al2O3 ③ Fe-Al +50%Al2O3 ④ Fe-Al +75%Al2O3 ⑤Al2O3 * 等离子喷涂系统 * 涂层断面结构示意图 * 图层中