[发明专利]高韧性低导热的金属基-陶瓷复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高韧性低导热的金属基‑陶瓷复合涂层及其制备方法和应用，其制备方法包括，将喷涂在金属基体表面的金属基‑陶瓷复合涂层进行热处理，在金属基非晶合金与陶瓷相之间形成界面层，从而在增加界面层热阻的基础上增强其韧性。本发明通过优化热处理工艺，能有效降低复合涂层的导热，增加其韧性；其制备方法简单，仅通过简单的热处理即能在提升金属基‑陶瓷复合涂层的隔热效果的基础上增强其韧性，所制得的高韧性低导热金属基‑陶瓷复合涂层综合性能良好，在隔热防护领域应用前景广阔。

技术领域

本发明属于表面工程中的隔热防护领域，具体涉及一种高韧性低导热的金属基-陶瓷复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，金属基热障涂层由于其良好的韧性、与金属基体有更好的热膨胀匹配性、工艺简单和成本低等优点得到了广泛关注。

诸如申请号为201410128869.4、201610024163.2、201610024343.0和201610025620.X的中国发明专利公开了关于隔热防护用的铁基非晶合金及其涂层的制备方法，证实了金属基热障涂层的可行性。然而，由于非晶合金所具有的亚稳的本征属性，极大地限制了其在中高温的应用；鉴于此，在原有Fe基非晶隔热涂层材料的基础上进一步优化，通过引入陶瓷相，使其弥散分布在非晶合金基体相上形成复合涂层，从而降低了复合涂层的热导率。

虽然引入陶瓷相可以显著降低复合涂层的热导率，但是所引入的陶瓷相所固有的脆性使复合涂层在苛刻的高温和机械载荷作用下容易诱发高频热疲劳，其所造成的开裂与剥落失效等也是不可忽视的。

综上所述，如何在提升金属基-陶瓷复合涂层的隔热效果的基础上，增强其韧性是本领域技术人员亟待解决的关键技术问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明弥补了现有技术存在的不足，提供了一种高韧性低导热的金属基-陶瓷复合涂层及其制备方法和应用。

本发明采用如下技术方案：

一种高韧性低导热的金属基-陶瓷复合涂层的制备方法，包括，将喷涂在金属基体表面的金属基-陶瓷复合涂层进行热处理，在金属基非晶合金与陶瓷相之间形成界面层，从而在增加界面层热阻的基础上增强其韧性。

具体地，通过热处理在金属基非晶合金与陶瓷相之间形成界面层，区别于纯机械结合，其反应界面层更厚，且两者的连接更好，从而增加其韧性。

在上述技术方案中，所述热处理的温度为250-620℃。

具体地，热处理温度太低，原子的运动相对也会较低；而当热处理温度高于非晶体系的晶化温度后，非晶开始晶化，热导率升高。

在上述技术方案中，所述热处理的时间为10-300min。

在上述技术方案中，所述热处理为在惰性气氛中进行的。

在惰性气氛下进行热处理，可有效避免Fe元素等在加热条件下生成氧化物，从而降低其综合性能。

优选地，在上述技术方案中，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。

进一步地，在上述技术方案中，所述界面层的厚度为5-30nm，优选为7-20nm。

具体地，当界面层厚度过薄，由于界面层也是非晶态的硅的氧化物，增韧和降低热导率作用不明显；当其界面层厚度过厚，非晶元素偏聚，非晶相性能下降，同时其界面层的脆性明显增大。

再进一步地，在上述技术方案中，所述热处理具体为，先在250-300℃下预退火5-10min后，再升温至350-620℃下退火10-300min。

在一个优选实施方式中，所述金属基-陶瓷复合涂层采用大气等离子喷涂法制备，具体包括以下步骤：