[发明专利]Al2O3/YAG非晶/共晶复合陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及Al₂O₃/YAG非晶/共晶复合陶瓷涂层及其制备方法，所述非晶复合陶瓷涂层的主体是非晶相的Al₂O₃和Y₃Al₅O₁₂，并在主体中弥散分布有少量的α‑Al₂O₃晶粒和Y₃Al₅O₁₂晶粒，所述非晶复合陶瓷涂层中，Al₂O₃的质量分数为22%～54%，Y₃Al₅O₁₂的质量分数为46%～78%。本发明制备的非晶复合陶瓷涂层，涂层结构致密，气孔率较低，层间界面结合较好，非晶相主体部分含有较多的自由体积，在变形时可以有效形成剪切带，使其具有较高的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及一种原位形成非晶/共晶复合陶瓷涂层及其制备方法，属于陶瓷涂层技术领域。

背景技术

高速、高载、高温、富氧、强腐蚀等一种或几种复合苛刻工况要求材料应具有高硬度、高强韧性、优异的耐高温和抗氧化性能、耐腐蚀、良好的抗热冲击性能等。现有单一结构材料不能满足以上特殊工况对其表面性能的要求。开发一种针对复合苛刻工况新的结构材料成本较高、周期较长。大量研究表明，在现有结构材料(尤其是金属材料)表面制备陶瓷涂层的方法是提高金属基体耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等性能的重要途径之一。

现有制备陶瓷涂层技术有很多种，包括：热喷涂、激光熔覆、物理气相沉积 (PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶法等。传统气相沉积制备的陶瓷涂层不仅厚度偏小(最大厚度为几微米至十几微米)，而且工件尺寸较小；溶胶凝胶法制备的陶瓷涂层与基底结合强度较低；激光熔覆制备的陶瓷涂层，具有冶金结合强度高、组织细密、气孔率低等特点，但是该工艺过程会引入较大的残余内应力并可诱发金属基体氧化或相变，产生工件变形和熔覆层裂纹，疲劳力学性能降低，易导致涂层失效。热喷涂技术以其喷涂材料范围广泛、基底沉积温度范围宽、涂层厚度可控且范围大(几微米至几毫米)、工艺稳定性好、涂层质量可靠的优势成为制备陶瓷涂层的有效工艺方法，并已在航天、航空、汽车、机械、能源、冶金、石化、船舶等方面获得广泛的应用。

氧化物陶瓷材料(如Al₂O₃、Cr₂O₃等)具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点，表现出较好的综合性能，作为热喷涂涂层材料应用于高比压(即高PV值：P 是接触压强；V是摩擦速率)、高温、富氧、强腐蚀等苛刻磨损服役工况具有较好的潜力。然而，氧化物陶瓷韧性较低，裂纹敏感性强，制约了其应用。以往的研究基本集中在提高热喷涂氧化物陶瓷涂层的强韧性。主要方法如下：①单一气孔率调控；②添加金属第二相 (Al、Mo等)；③添加其它化合物(ZrO₂、TiO₂等)；④涂层结构纳米化；⑤涂层成分或结构梯度变化；⑥涂层后处理(激光重熔、强流脉冲电子束重熔)。