專利名稱：一種抗高溫氧化Al₂O₃涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工方法，特別是涉及一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
工程材料經(jīng)常采用合金化或表面處理的方法改善它們的氧化變脆現(xiàn)象和抗氧化 性能。合金化是指向合金中加入抗氧化元素如Al、Cr、Si等，使其在高溫環(huán)境服役時(shí) 生成A1203、Cr203> SiO2等保護(hù)性氧化膜；但生成保護(hù)性氧化膜所需組元的臨界濃度較 高，會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降。為在高溫條件下有效地防止氧的滲入，經(jīng)常采用表面 處理的方法對(duì)材料進(jìn)行保護(hù)，主要有通過(guò)物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射等工藝制 備陶瓷涂層、鋁涂層、硅涂層。但大部分的涂層和基材之間存在粘附性差和嚴(yán)重的互擴(kuò) 散等缺點(diǎn)。采用這些工藝制備涂層所需設(shè)備昂貴，工藝條件復(fù)雜，能耗大，簡(jiǎn)單的設(shè)備 和技術(shù)條件很難滿足，大大限制了其廣泛應(yīng)用。因而，工藝簡(jiǎn)單、成本低的新型涂層制 備方法特別值得期待。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，本方法對(duì)材料提 供高溫防護(hù)的Al2O3涂層成本低廉、操作工藝簡(jiǎn)單，并且反應(yīng)條件溫和、設(shè)備成本低；涂 層與基體的粘附性好，具有優(yōu)良的抗氧化性能。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，包括如下步驟
(1)Al2O3納米晶溶膠制備鋁(醇)鹽和蒸餾水按摩爾比1 100 200的比例混 合，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，形成白色懸濁液后用無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH值在2 4之間，然后經(jīng)過(guò)10 30分鐘超聲處理，在75 90 °C反應(yīng)5 20小時(shí)，得到Al2O3納米晶溶膠；
(2)涂層的制備將試樣浸在溶膠中，以勻速提拉出液面，室溫下干燥，然后在真 空干燥箱中干燥；浸涂后，將試片放在管式爐中，氬氣保護(hù)下采用程序升溫的方式進(jìn)行 熱處理；經(jīng)過(guò)涂覆和熱處理得到氧化鋁涂層，樣品隨爐冷卻至室溫得到氧化鋁薄膜。所述的一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，所述的無(wú)機(jī)酸是ΗΝ03。所述的一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，所述的鋁(醇)鹽是異丙醇鋁或 硝酸鋁。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是
1.本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備成本低；
2.本發(fā)明涂層具有優(yōu)良的抗氧化性能；
3.本發(fā)明涂層與基體的粘附性好。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明制備的Al2O3涂層具有優(yōu)良的抗高溫氧化性能，可以延長(zhǎng)材料的抗靜態(tài)長(zhǎng) 期氧化性能和循環(huán)氧化性能，且涂層的黏附性較好。實(shí)施例1
異丙醇鋁和蒸餾水按摩爾比1 150的比例混合，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，在80°C攪拌1小 時(shí)，加入HNO3調(diào)節(jié)pH值至3左右。在90 °C下攪拌5小時(shí)，得到透明溶膠。將Y-TiAl合金試片浸在Al2O3溶膠中，以lcm/min的速度提拉出液面，室溫下 干燥20min，然后在75 °C的真空干燥箱中干燥40 min。浸涂5次后，將試片放在管式 爐中，氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱處理。管式爐內(nèi)初壓為2X ICT1 Pa，以流速0.5L/min的氬氣作 為保護(hù)氣，以5 °C/min的速率將爐溫升到300 °C，并在此溫度下保溫1小時(shí)；重復(fù)上述 操作并升溫到500 °C，保溫2小時(shí)；最終將溫度升至1000 °C，保溫1小時(shí)。經(jīng)過(guò)以上過(guò) 程試片浸涂15次，燒結(jié)處理3次。樣品隨爐冷卻至室溫得到1 μ m氧化鋁涂層。等溫氧化采用不連續(xù)稱重法，在1000 °C空氣條件下靜態(tài)氧化110小時(shí)。將樣 品置于1000 °C的爐中氧化1小時(shí)，取出后在空氣中冷卻10分鐘。定義為一個(gè)周期，連 續(xù)操作100個(gè)周期。該Al2O3涂層使Y -TiAl合金于1000 0C的氧化拋物線速率常數(shù)降低 90%以上。Y-TiAl合金氧化7個(gè)周期后發(fā)生剝落，氧化30個(gè)周期之后，開始出現(xiàn)大面 積的剝落。而涂覆有Al2O3涂層的樣品的循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)平滑的增重趨勢(shì)，未見明 顯的剝落。實(shí)施例2:
硝酸鋁和蒸餾水按摩爾比1 150的比例混合，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，在80°C攪拌1小時(shí)， 加入HNO3調(diào)節(jié)pH值至3左右。在80 °C下攪拌10小時(shí)，得到透明溶膠。將γ -TiAl合金試片浸在Al2O3溶膠中，以1 cm/min的速度提拉出液面，室溫下 干燥20min，然后在75°C的真空干燥箱中干燥40min。浸涂5次后，將試片放在管式爐 中，氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱處理。管式爐內(nèi)初壓為2 X ICT1 Pa，以流速0.5L/min的氬氣作為 保護(hù)氣，以5 °C/min的速率將爐溫升到300 °C，并在此溫度下保溫1小時(shí)；重復(fù)上述操 作并升溫到500 °C，保溫2小時(shí)；最終將溫度升至1000 °C，保溫1小時(shí)。經(jīng)過(guò)以上過(guò)程 試片浸涂15次，燒結(jié)處理3次。樣品隨爐冷卻至室溫得到0.8 μ m氧化鋁涂層。在900 °C空氣條件下靜態(tài)氧化200小時(shí)。將樣品置于900 °C的爐中氧化1小 時(shí)，取出后在空氣中冷卻10分鐘。定義為一個(gè)周期，連續(xù)操作200個(gè)周期。該Al2O3涂 層使Y -TiAl合金于900 0C的氧化拋物線速率常數(shù)降低95%以上。γ -TiAl合金氧化15 個(gè)周期后發(fā)生剝落，氧化50個(gè)周期之后，開始出現(xiàn)大面積的剝落。而涂覆有Al2O3涂層 的樣品的循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)平滑的增重趨勢(shì)，未見明顯的剝落。實(shí)施例3:
異丙醇鋁和蒸餾水按摩爾比1 180的比例混合，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，在80°C攪拌1小 時(shí)，加入HNO3調(diào)節(jié)pH值至3左右。在90 °C下攪拌5小時(shí)，得到透明溶膠。將Ti-6A1_4V合金試片浸在Al2O3溶膠中，以1 cm/min的速度提拉出液面，室 溫下干燥20min，然后在75 °C的真空干燥箱中干燥40 min。浸涂5次后，將試片放在管 式爐中，氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱處理。以流速0.5 L/min的氬氣作為保護(hù)氣，以5 °C/min的 速率將爐溫升到300 °C，并在此溫度下保溫1小時(shí)；重復(fù)上述操作并升溫到500 °C，保溫 2小時(shí)；最終將溫度升至800 °C，保溫1小時(shí)。樣品隨爐冷卻至室溫得到氧化鋁薄膜。
在600 °C空氣條件下靜態(tài)氧化100小時(shí)。將樣品置于600 °C的爐中氧化1小 時(shí)，取出后在空氣中冷卻10分鐘。定義為一個(gè)周期，連續(xù)操作100個(gè)周期。該Al2O3 涂層使Ti-6A1_4V合金于600 0C的靜態(tài)氧化拋物線速率常數(shù)降低95%以上。Ti_6Al_4V 合金氧化5個(gè)周期后發(fā)生剝落，氧化20個(gè)周期之后，開始出現(xiàn)大面積的剝落。而涂覆有 Al2O3涂層的樣品的循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)平滑的增重趨勢(shì)，未見明顯的剝落。實(shí)施例4:
硝酸鋁和蒸餾水按摩爾比1 180的比例混合，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，在80°C攪拌1小時(shí)， 加入HNO3調(diào)節(jié)pH值至3左右。在90 °C下攪拌5小時(shí)，得到透明溶膠。將Ti-6A1_4V合金試片浸在Al2O3溶膠中，以1 cm/min的速度提拉出液面，室 溫下干燥20min，然后在75 °C的真空干燥箱中干燥40 min。浸涂5次后，將試片放在管 式爐中，氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱處理。以流速0.5 L/min的氬氣作為保護(hù)氣，以5 °C/min的 速率將爐溫升到300 °C，并在此溫度下保溫1小時(shí)；重復(fù)上述操作并升溫到500 °C，保溫 2小時(shí)；最終將溫度升至800 °C，保溫1小時(shí)。樣品隨爐冷卻至室溫得到氧化鋁薄膜。在600 °C空氣條件下靜態(tài)氧化100小時(shí)。將樣品置于600 °C的爐中氧化1小 時(shí)，取出后在空氣中冷卻10分鐘。定義為一個(gè)周期，連續(xù)操作100個(gè)周期。該Al2O3 涂層使Ti-6A1_4V合金于600 0C的靜態(tài)氧化拋物線速率常數(shù)降低95%以上。Ti_6Al_4V 合金氧化5個(gè)周期后發(fā)生剝落，氧化20個(gè)周期之后，開始出現(xiàn)大面積的剝落。而涂覆有 Al2O3涂層的樣品的循環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)平滑的增重趨勢(shì)，未見明顯的剝落。
權(quán)利要求
1.一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)Al2O3納米晶溶膠制備鋁(醇)鹽和蒸餾水按摩爾比1 100 200的比例混 合，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌，形成白色懸濁液后用無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH值在2 4之間，然后經(jīng)過(guò)10 30分鐘超聲處理，在75 90 °C反應(yīng)5 20小時(shí)，得到Al2O3納米晶溶膠；(2)涂層的制備將試樣浸在溶膠中，以勻速提拉出液面，室溫下干燥，然后在真 空干燥箱中干燥；浸涂后，將試片放在管式爐中，氬氣保護(hù)下采用程序升溫的方式進(jìn)行 熱處理；經(jīng)過(guò)涂覆和熱處理得到氧化鋁涂層，樣品隨爐冷卻至室溫得到氧化鋁薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，其特征在于，所述 的無(wú)機(jī)酸是HNO3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，其特征在于，所述 的鋁(醇)鹽是異丙醇鋁或硝酸鋁。
全文摘要
一種抗高溫氧化Al2O3涂層的制備方法，涉及一種化工方法，(1)Al2O3納米晶溶膠制備鋁(醇)鹽和蒸餾水按摩爾比1∶100～200的比例混合，形成白色懸濁液后用無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH值在2～4之間，然后經(jīng)過(guò)10～30分鐘超聲處理，在75～90oC反應(yīng)5～20小時(shí)，得到Al2O3納米晶溶膠；(2)涂層的制備將試樣浸在溶膠中，以勻速提拉出液面，室溫下干燥，然后在真空干燥箱中干燥；浸涂后，氬氣保護(hù)下采用程序升溫的方式進(jìn)行熱處理；經(jīng)過(guò)涂覆和熱處理得到氧化鋁涂層，樣品隨爐冷卻至室溫得到氧化鋁薄膜。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備成本低、能耗低，涂層具有較好的抗高溫氧化性能和與基體粘附性好特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C20/08GK102021545SQ20101059171
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者任保軼, 寧志高, 張學(xué)軍, 李文澤, 高春香 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)化工大學(xué)