[发明专利]一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，更加具体地说，特别是涉及一种在球墨铸铁表面化学镀抗热腐蚀镍磷镀层及其制备方法。 

背景技术

内燃机作为动力工业的基础,承载着将能源转化为工业产值的使命,具有重要的政治、经济和军事地位。内燃机工业的节能减排工作不仅关系到我国2020年单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%至45%承诺的实现,更关系到我国的国家发展权。从长期发展战略来看,低成本高性能的碳/碳复合材料将是未来内燃机活塞材料发展的主流，然而在短期内，铸铁和铝合金仍将在内燃机活塞的制造中发挥主导作用。 

“绝热发动机”或“低散热发动机”均是指采用耐高温隔热材料在热端部件制成热障层的发动机，以期降低能耗，提高热效率。实际应用的热障涂层大多采用双层结构：表层是以ZrO₂为主的陶瓷（ThermalCeramicCoating，TCC），起隔热作用；陶瓷层与基体之间粘结层（Bond Coating,BC），起改善基体与陶瓷涂层物理相容性的作用。热障涂层的金属粘结层韧性好，可以分担部分机械载荷，因而可以使发动机热端部件在承受高的热负荷和强大的机械负荷方面有较好的表现。热障涂层的作用主要体现在隔热和保护内燃机热端部件金属基体这两方面。实验研究证明，球墨铸铁基体合金上制备热障涂层，经过几十小时的热循环试验，在粘结层与基体之间产生热生长氧化物，不规则的大块状氧化物存在易引起局部应力集中，致使热障涂层产生裂纹，进而脱落失效，基体金属受到进一步腐蚀。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为了改善基体的抗热腐蚀性能，延长热障涂层的使用寿命，提出一种在球墨铸铁上利用化学镀技术制备抗腐蚀性能极好的镍磷层，再在其上依次制备粘结层和陶瓷层，可以有效提基体的抗热腐蚀性能，延长热障涂层的使用寿命。 

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现： 

一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层，其在基体与粘结层之间设置一层化学镀层，陶瓷热障涂层由三层构成，依次为化学镀层、粘结层和陶瓷涂层。 

上述热障涂层的制备方法，按照下述步骤进行： 

步骤1，在基体上通过化学镀制备镍磷层； 

步骤2，在所述镍磷层上通过超音速火焰喷涂制备粘结层； 

步骤3，在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层； 

步骤4，对上述制备的涂层进行循环热处理。 

在所述步骤1中，所述基体在进行化学镀之前，对基体材料进行处理：表面用砂纸进行打磨，去氧化层，使基体表面平整光亮，然后顺序进行喷砂粗化、清洗除油、碱洗和酸洗，其中所述的喷砂工艺参数为：白刚玉Al₂O₃/60号，喷砂气压：0.8MPa，喷砂距离：100mm，喷砂角度：90°；使用体积比为1：1的乙醇与丙酮混合液在超声波清洗器中清洗除油10～15min；然后将试样放入温度为80～100℃，质量浓度为40～60g/LNaOH水溶液中碱洗10～15min，然后用去离子水清洗干净；进行酸洗时，将经过碱洗得式样放入HF：HNO₃：H₂O按体积比为5：（30～40）：（50～65）的混合溶液中，进行酸洗粗化，时间为10～30S，然后用去离子水清洗干净。 

在所述步骤1中，进行化学镀镍磷层时，镀液（水溶液）组成如下：硫酸镍15-25g/L，还原次磷酸钠35～45g/L，硫酸铵30～50g/L，乙酸钠30～50g/L，乙酸铅0.5～1.5mg/L;控制pH6～7，温度70～80℃，时间40～60min，将得到的试样置于真空加热炉中，温度400℃，时间1～2h。