[发明专利]一种制备SiTiOC陶瓷涂层的方法

说明书

本发明公开了一种制备SiTiOC陶瓷涂层的方法，属于化学合成和陶瓷涂层制备技术领域。本发明方法包括以下步骤(1)钛酸丁酯与有机硅化合物进行化学反应，制备钛有机硅化合物；(2)将钛有机硅化合物涂覆在基体表面，固化；(3)利用连续激光对步骤(2)制得的固态钛有机硅涂层扫描，裂解涂层，获得SiTiOC陶瓷涂层。本发明方法简便易操作，制备周期短效率高，激光扫描对基体的形状和组织性能不会产生负面影响，制得的SiTiOC陶瓷涂层孔隙率较低，具有优异的防腐耐磨减摩性能，不易产生裂纹，适合规模化生产，在航空航天、国防、化工、机械、电力、电子等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及化学合成和陶瓷涂层制备技术领域，具体地，涉及一种采用连续激光裂解钛有机硅化合物制备具有防腐耐磨性能的SiTiOC陶瓷涂层的方法。

背景技术

在金属材料表面制备高性能涂层材料，使零部件兼具金属与涂层材料的优异性能，是解决单纯金属零部件难以满足日益苛刻服役工况的有效手段。以碳、硼、氮化物为主的陶瓷涂层材料具有低密、高强、高硬，耐磨、抗腐、耐高温等优异性能，但存在塑性差、性脆、易产生裂纹等不足，使其应用受到了一定限制。为了克服陶瓷涂层的上述不足，研发了陶瓷复合涂层材料，其主要特点是在一定温度下，金属零部件表面通过加热裂解高聚物制备陶瓷涂层，使零部件结合金属材料的韧性和陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损。目前陶瓷复合涂层已应用于航空航天、国防、化工、机械、电力、电子等领域，而且发展前景广阔。

有机高聚物先驱体转化(PDC)法是在金属材料表面原位制备陶瓷复合涂层的有效途径。PDC法制备的陶瓷复合涂层中的陶瓷相细小、分布均匀，因此与基体结合好，耐磨、防腐性能优异，但也存在孔隙率较大、裂纹易产生的问题。为解决上述问题，在高聚物先驱体裂解体系中加入Ti、Al、Ni、Mo、Cr等活性填料，使先驱体在裂解过程中生成新的陶瓷相，从而降低陶瓷涂层的孔隙率、抑制陶瓷涂层裂纹产生。但在有机高聚物中填料微纳米粉末往往存在粒子团聚、分散不均等问题，不利于高性能的陶瓷复合涂层制备。而采用含金属元素有机聚合物作为前驱体，制备SiMOC陶瓷复合涂层材料，能有效避免填料粒子的分散问题，同时又能有效降低陶瓷涂层孔隙率、抑制陶瓷涂层中裂纹产生，但PDC法采用加热裂解，仍存在制备步骤复杂、制备周期长、过程难以控制等不足。激光具有聚光性好、能量密度高、易于精确控制等优点，因此将激光作为加热热源，裂解先驱体获得陶瓷涂层是一种新型的制备陶瓷涂层的方法。

发明内容

本发明提供了一种采用激光作为加热热源，裂解钛有机硅化合物制备具有防腐耐磨性能的SiTiOC陶瓷涂层的方法，以弥补现有技术的不足。

本发明提供的一种制备SiTiOC陶瓷涂层的方法，包括以下步骤：

(1)钛酸丁酯与有机硅化合物进行化学反应，制备钛有机硅化合物；

(2)将钛有机硅化合物涂覆在基体表面，固化；

(3)利用连续激光对步骤(2)制得的固态钛有机硅涂层扫描，裂解涂层，获得SiTiOC陶瓷涂层。

本发明所述钛酸丁酯的分子式为Ti(OCH₂-CH₂-CH₂-CH₃)₄。

上述方法中，步骤(1)所述有机硅化合物为γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙基硅烷。

所述γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷的分子结构式为：

所述γ-氨丙基三乙基硅烷的分子结构式为：

其中，步骤(1)中钛酸丁酯与有机硅化合物质量比为1:1～1:4，进行化学反应的温度为20～50℃，超声条件下反应时间为5～10min。

进一步地，本发明方法步骤(1)制得的钛有机硅化合物的分子结构式为：