[发明专利]金属表面防护用Al2O3陶瓷涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面防护用Al₂O₃陶瓷涂层及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

α-Al₂O₃陶瓷属于超硬材料，不仅硬度高、耐磨性好、摩擦系数低，还具有较高的红硬性，化学稳定性和良好的导热与热稳定性，具有极其广泛的价值。但α-Al₂O₃陶瓷本身质脆，无法直接作为工程构件使用。金属材料的强度高、韧性好，但硬度低，耐磨性、耐蚀性和热稳定性不如α-Al₂O₃陶瓷。将α-Al₂O₃陶瓷涂覆在金属材料表面做成防护涂层可以取长补短，在工业领域受到广泛重视。α-Al₂O₃涂层可用多种方法制备，如磁控溅射、离子镀、反应蒸发沉积、离子束辅助沉积等。但这些方法操作都比较复杂，且成本很高，很难工业规模使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工作性能优良的金属表面防护用Al₂O₃陶瓷涂层及其制备方法。其技术方案为：

一种金属表面防护用Al₂O₃陶瓷涂层，其特征在于化学组成按质量百分比计为0.1-2.0％MgO和98.0-99.9％Al₂O₃，相组成为单一α-Al₂O₃相，α-Al₂O₃晶粒尺寸小于100纳米。

所述的金属表面防护用Al₂O₃陶瓷涂层的制备方法，其特征在于采用以下步骤：1)将一水氧化铝(Al₂O₃·H₂O)、α-Al₂O₃纳米粉、硝酸镁和蒸馏水按质量比1∶0.01-0.05∶0.003-0.06∶6-15搅拌混合形成均匀的悬浊液，然后添加稀硝酸溶液调整PH值在2-4之间，并搅拌得到均匀的氢氧化铝水溶胶；2)将金属材料工件表面清洗干净；3)将工件浸入步骤1制备的溶胶中，然后提拉出液面，在60℃以下烘干；4)重复步骤3直到所要求涂层的厚度；5)将涂有溶胶涂层的工件放入保护气氛炉或真空炉内以低于10℃/min的加热速度加热到1050-1300℃，保持2-60min，然后炉冷。

所述的金属表面防护用Al₂O₃陶瓷涂层的制备方法，步骤5)采用保护气氛炉加热工件时，所用的气氛为氮气或氩气。

所述的金属表面防护用Al₂O₃陶瓷涂层的制备方法，步骤5)采用真空炉加热工件时，炉内的真空度小于20Pa。

本发明与现有技术相比，其优点是：

1、组成中添加了少量的MgO，提高了涂层的致密度，减小了涂层中α-Al₂O₃晶粒尺寸，使α-Al₂O₃晶粒尺寸控制在100nm以下；

2、制备过程中添加了少量的α-Al₂O₃粉，促进了涂层在烧结过程中α-Al₂O₃的形成，降低α-Al₂O₃的形成温度，使涂层在1050-1300℃之间烧结就能得到单一的α-Al₂O₃相；

3、采用该方法制备的Al₂O₃陶瓷涂层，工艺简单，原料和生产成本低，涂层致密，与基体的结合力好，且为单一的α-Al₂O₃纳米晶，因此韧性好、硬度高，对金属基体的保护作用好。

附图说明

图1本发明制备的α-Al₂O₃纳米陶瓷涂层实施例的表面形貌；

图2本发明制备的α-Al₂O₃纳米陶瓷涂层实施例的X-射线衍射谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1