本發(fā)明屬于金屬表面防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、微弧氧化(microarc?oxidation，mao)也稱等離子體電解氧化(plasmaelectrolytic?oxidation，peo)，是一種利用高電壓微弧放電在浸泡于電解液中的al、mg、ti、zr等金屬表面制備陶瓷涂層的表面改性技術(shù)。微弧放電過程產(chǎn)生的高溫等離子體可將電極液中的成分燒結(jié)引入涂層中，因此通過人為設(shè)計(jì)電解液組成可賦予微弧氧化涂層特定的耐磨、耐蝕、耐高溫、催化和生物相兼容等性能。目前該技術(shù)已成為國際材料研究的熱點(diǎn)之一，被廣泛應(yīng)用在航空航天、武器裝備、交通運(yùn)輸、船舶、紡織和電子工業(yè)等領(lǐng)域。然而，微弧氧化過程能耗極高(5～600kw/dm2，相比與該技術(shù)相似的陽極氧化技術(shù)能耗最高僅150w/dm2)限制著該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

2、為了降低微弧氧化技術(shù)的能耗，提高陶瓷涂層的生長速度是目前的唯一手段。迄今為止，通過大幅度提高電解液中成膜物質(zhì)的濃度(硅酸鹽、鋁酸鹽和納米顆粒等)來提高陶瓷涂層的生長速度相關(guān)研究居多；目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題主要為，現(xiàn)有微弧氧化技術(shù)能耗高，且絕大部分能量以熱量的形式轉(zhuǎn)移到了電解液中，實(shí)際用于電化學(xué)成膜的能量占比極少；現(xiàn)有技術(shù)中通過調(diào)整電解液成分或納米顆粒添加量來提升涂層生長速度的方法效果有限，且實(shí)際納米顆粒利用率不高；現(xiàn)有技術(shù)中通過事先預(yù)制陽極氧化膜再進(jìn)行微弧氧化的方法不具有微弧氧化涂層的成分和性能調(diào)控性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺陷，本發(fā)明提供一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：

2、s1：將陶瓷粉末、水玻璃和水混合，攪拌均勻、超聲脫泡得到漿料；

3、s2：將s1得到的漿料在金屬基體表面涂覆，進(jìn)行干燥脫水，得到覆有預(yù)制涂層的金屬基體；

4、s3：將s2的覆有預(yù)制涂層的金屬作為陽極，不銹鋼作為陰極，置于電解液進(jìn)行微弧氧化處理，結(jié)束后取出陽極清洗，得到微弧氧化陶瓷涂層。

5、進(jìn)一步的，s1中所述的陶瓷粉末為20-50wt％，水玻璃占50-80wt％，純水3％-15wt％。

6、進(jìn)一步的，s1中所述的陶瓷粉末的粒徑為200-500nm。

7、進(jìn)一步的，s2中干燥溫度為100～160℃，干燥時(shí)間為0.5—2小時(shí)。

8、進(jìn)一步的，s3中的微弧氧化處理過程中調(diào)整的參數(shù)包括正電流設(shè)置為10—20a/dm2；負(fù)電流設(shè)置為10—20a/dm2；頻率設(shè)置為200—1000hz；占空比設(shè)置為50％-80％。

9、進(jìn)一步的，s3中所述的電解液包括氫氧化鈉溶液和硅酸鈉，氫氧化鈉濃度為1—5g/l，硅酸鈉的濃度為5—10g/l。

10、進(jìn)一步的，s3中的電解液溫度為10-40℃；微弧氧化時(shí)間為5—20min。

11、一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層，

12、一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的應(yīng)用，所述基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層在制備航空航天材料中應(yīng)用。

13、技術(shù)效果

14、(1)通過本發(fā)明提供一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層，采用的預(yù)制涂層方法可以將微弧氧化涂層生長所需的各種陶瓷顆粒牢固地粘接在金屬表面。

15、(2)通過本發(fā)明提供一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，通過選擇合適的陶瓷顆粒、水玻璃和水的比例，可以使陶瓷顆粒均勻的分散在漿料中，使預(yù)制涂層具有更加均勻、致密的結(jié)構(gòu)以及良好的耐堿性。這樣，微弧氧化過程中預(yù)制涂層才不會大面積脫落。另外，通過調(diào)控上述比例可改變陶瓷漿料的流動性，這樣可以調(diào)節(jié)預(yù)制涂層的厚度和均勻性。當(dāng)預(yù)制涂層被微弧氧化過程中的等離子體燒結(jié)后可快速形成均勻致密的陶瓷涂層。并且通過調(diào)節(jié)預(yù)制涂層中陶瓷顆粒的種類、粒徑和比例，能夠控制最終涂層的性能，形成具有不同功能的涂層。

16、(3)通過本發(fā)明提供一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，本發(fā)明的方法通過預(yù)制涂層與微弧燒結(jié)相結(jié)合，顯著縮短了微弧氧化涂層的制備時(shí)間和能耗。傳統(tǒng)微弧氧化方法需要較長時(shí)間或極高的電流密度才能形成所需厚度的涂層，而本方法在半小時(shí)內(nèi)即可制備厚度超過300μm的涂層，同時(shí)電流密度僅為常規(guī)值，大大提高了生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)微弧氧化技術(shù)能耗高，主要是因?yàn)榇罅侩娔苻D(zhuǎn)化為熱量，而本發(fā)明的方法通過利用預(yù)制涂層的存在，將微弧氧化過程中產(chǎn)生的熱量用于燒結(jié)陶瓷顆粒，縮短了涂層制備時(shí)間，從而降低了整體能耗。

17、(4)通過本發(fā)明提供一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的應(yīng)用，該涂層具有耐磨、耐腐蝕、抗高溫等多種性能，可以適用于航空航天、船舶、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，s1中所述的陶瓷粉末為20-50wt％，水玻璃占50-80wt％，純水3％-15wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，s1中所述的陶瓷粉末的粒徑為200-500nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，s2中干燥溫度為100～160℃，干燥時(shí)間為0.5—2小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，s3中的微弧氧化處理過程中調(diào)整的參數(shù)包括正電流設(shè)置為10—20a/dm2；負(fù)電流設(shè)置為10—20a/dm2；頻率設(shè)置為200—1000hz；占空比設(shè)置為50％-80％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，s3中所述的電解液包括氫氧化鈉溶液和硅酸鈉，氫氧化鈉濃度為1—5g/l，硅酸鈉的濃度為5—10g/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，s3中的電解液溫度為10-40℃；微弧氧化時(shí)間為5—20min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任一所述的制備方法得到的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層，其特征在于，所述基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層具有雙層結(jié)構(gòu)，包括原位電化學(xué)生長出的內(nèi)部微弧氧化層和外部微弧熔覆層。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的應(yīng)用，其特征在于，所述基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層在制備航空航天材料中應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于金屬表面防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層、制備方法及應(yīng)用；一種基于預(yù)制涂層和微弧燒結(jié)的陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：S1：將陶瓷粉末、水玻璃和水混合，攪拌均勻、超聲脫泡得到漿料；S2：將S1得到的漿料在金屬基體表面涂覆，進(jìn)行干燥脫水，得到覆有預(yù)制涂層的金屬基體；S3：將S2的覆有預(yù)制涂層的金屬作為陽極，不銹鋼作為陰極，置于電解液進(jìn)行微弧氧化處理，結(jié)束后取出陽極清洗，得到微弧氧化陶瓷涂層；本發(fā)明的制備方法能在短時(shí)間內(nèi)完成燒結(jié)過程，降低了能耗。同時(shí)充分利用了微弧氧化過程中產(chǎn)生的熱量，提高了能源利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：黃紅鍵,彭洪宇,孫曼兮,萬源,王勇剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23