專利名稱：在易氧化金屬表面涂覆的溶膠－凝膠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在易氧化金屬表面涂覆的溶膠-凝膠方法，屬于金屬材料保護(hù)領(lǐng)域。
通過溶膠-凝膠方法在金屬表面涂覆陶瓷涂層，以抵抗介質(zhì)(酸、堿、鹽、氣氛)對(duì)金屬基體的腐蝕和氧化，國外已進(jìn)行了一定程度的研究和開發(fā)。對(duì)金屬基板保護(hù)使用的涂層有Al2O3等(參見《固態(tài)薄膜》1999年349卷186-190頁)，在一定條件下，溶膠-凝膠方法涂覆的保護(hù)性涂層可以提高金屬耐腐蝕、抗氧化能力達(dá)2～8倍，因此，延長了材料的使用壽命，進(jìn)而帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益。
但是，上述溶膠-凝膠方法只適用于本身具有耐氧化性質(zhì)的不銹鋼、鎳基合金等金屬材料，對(duì)于易氧化的碳鋼、低合金鋼、銅等金屬則不適用。因?yàn)橥繉有柽M(jìn)行熱處理，而在熱處理期間，基體會(huì)發(fā)生氧化，導(dǎo)致涂層不連續(xù)、不粘附、易脫落。
本發(fā)明的目的是提出一種在易氧化金屬表面涂覆的溶膠-凝膠方法，采用溶膠-凝膠方法在易氧化金屬基材上涂覆具有優(yōu)異表面質(zhì)量和高的結(jié)合強(qiáng)度的無機(jī)涂層，進(jìn)而提高金屬的耐腐蝕、抗氧化能力。
本發(fā)明提出的在易氧化金屬表面涂覆的溶膠-凝膠方法，包括以下各步驟(1)對(duì)易氧化金屬基材(包括碳鋼、低合金鋼、銅等)進(jìn)行清洗、去污。清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
(2)在金屬基板上均勻涂覆0．1～1μm厚度的硅溶膠、鈦溶膠、鋁溶膠、鋯溶膠或復(fù)合溶膠。
(3)在室溫、大氣下干燥1h后，將已涂覆有溶膠的易氧化金屬基材置于真空或氣氛(氫氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w)保護(hù)爐中，以不大于40℃／min速率升溫至400～1000℃，保溫1～6h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫，即完成對(duì)金屬表面的涂覆。
采用本發(fā)明的工藝方法能在易氧化金屬基板上涂覆光滑、致密、無裂紋的具有高表面質(zhì)量的涂層，該涂層與基體有高的結(jié)合強(qiáng)度，能顯著提高金屬基體的耐腐蝕、抗氧化性。
本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明充分利用溶膠-凝膠方法是以金屬醇鹽為前驅(qū)物的特性，這些前驅(qū)物本身就含有足夠的氧原子，在沒有大氣中的氧參與下，熱處理時(shí)，前驅(qū)物中所含有的氧原子能夠直接與金屬原子結(jié)合，生成所期待的氧化物涂層，從而在易氧化金屬表面，形成致密、均勻的無機(jī)涂層。因此，本發(fā)明對(duì)易氧化金屬，采用在無氧氣氛中(真空或氫氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w保護(hù))進(jìn)行熱處理，可以得到期待的無機(jī)氧化物涂層。
實(shí)施例一對(duì)易氧化低合金鋼板進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
在低合金鋼表面涂覆1μm厚度SiO2溶膠。將涂覆有SiO2溶膠的低合金鋼基材置于氮?dú)夥毡Ｗo(hù)爐中，以5℃／min速率升溫至400℃，保溫6h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫。得到涂覆于低合金鋼基板上的SiO2涂層。
氮?dú)夥毡Ｗo(hù)熱處理后，低合金鋼表面涂覆的SiO2涂層光滑、致密、無裂紋，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到40Mpa，耐腐蝕和抗氧化性能與未涂覆基體相比分別提高8．7和6．8倍。
實(shí)施例二對(duì)易氧化銅板進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
在銅板表面涂覆0．8μm厚度Al2O3溶膠。將涂覆有Al2O3溶膠的銅基材置于氬氣氛保護(hù)爐中，以10℃／min速率升溫至500℃，保溫5h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫。得到涂覆于銅基板上的Al2O3涂層。
氬氣氛保護(hù)熱處理后，銅表面涂覆的Al203涂層光滑、致密、無裂紋，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到28Mpa，耐腐蝕和抗氧化性能與未涂覆基體相比分別提高3．3和4．1倍。
實(shí)施例三對(duì)易氧化碳鋼板進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
在碳鋼表面涂覆0．6μm厚度ZrO2溶膠。將涂覆有ZrO2溶膠的碳鋼基材置于真空保護(hù)爐中，以15℃／min速率升溫至600℃，保溫4h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫。得到涂覆于碳鋼基板上的ZrO2涂層。
真空熱處理后，碳鋼表面涂覆的ZrO2涂層光滑、致密、無裂紋，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到35Mpa，耐腐蝕和抗氧化性能與未涂覆基體相比分別提高6．3和5．0倍。
實(shí)施例四對(duì)易氧化低合金鋼板進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
在低合金鋼表面涂覆0．4μm厚度SiO2-Al2O3溶膠。將涂覆有SiO2-Al2O3溶膠的低合金鋼基材置于氬氣氛保護(hù)爐中，以20℃／min速率升溫至700℃，保溫3h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫。得到涂覆于低合金鋼基板上的SiO2-Al2O3涂層。
氬氣氛保護(hù)熱處理后，低合金鋼表面涂覆的SiO2-Al2O3涂層光滑、致密、無裂紋，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到35Mpa，耐腐蝕和抗氧化性能與未涂覆基體相比分別提高5．2和3．1倍。
實(shí)施例五對(duì)易氧化碳鋼板進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
在碳鋼表面涂覆0．2μm厚度SiO2-TiO2溶膠。將涂覆有SiO2-TiO2溶膠的碳鋼基材置于氦氣氛保護(hù)爐中，以30℃／min速率升溫至800℃，保溫2h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫。得到涂覆于碳鋼基板上的SiO2-TiO2涂層。
氦氣氛保護(hù)熱處理后，碳鋼板表面涂覆的SiO2-TiO2涂層光滑、致密、無裂紋，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到22Mpa，耐腐蝕和抗氧化性能與未涂覆基體相比分別提高3．6和4．5倍。
實(shí)施例六對(duì)易氧化銅板進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5min，然后用蒸餾水超聲清洗15min，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥。
在銅板表面涂覆0．1μm厚度SiO2-ZrO2溶膠。將涂覆有SiO2-ZrO2溶膠的銅基材置于氮?dú)夥毡Ｗo(hù)爐中，以40℃／min速率升溫至1000℃，保溫1h，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫。得到涂覆于銅基板上的SiO2-ZrO2涂層。
氮?dú)夥毡Ｗo(hù)熱處理后，銅表面涂覆的SiO2-ZrO2涂層光滑、致密、無裂紋，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到18Mpa，耐腐蝕和抗氧化性能與未涂覆基體相比分別提高2．2和3．4倍。
權(quán)利要求
1.一種在易氧化金屬表面涂覆的溶膠-凝膠方法，其特征在于，該方法包括以下各步驟(1)對(duì)易氧化金屬基材進(jìn)行清洗、去污，清洗工序?yàn)楸谐暻逑?5分鐘，然后用蒸餾水超聲清洗15分鐘，再用乙醇沖洗，最后用干燥吹風(fēng)機(jī)快速干燥；(2)在金屬基板上均勻涂覆0．1～1μm厚度的硅溶膠、鈦溶膠、鋁溶膠、鋯溶膠或其中任意兩種的復(fù)合溶膠；(3)在室溫、大氣下干燥1小時(shí)后，將已涂覆有溶膠的易氧化金屬基材置于真空或氣氛保護(hù)爐中，以低于40℃／分鐘速率升溫至400～1000℃，保溫1～6小時(shí)，進(jìn)行熱處理，然后隨爐冷卻至室溫，即完成對(duì)金屬表面的涂覆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種易氧化金屬表面涂覆的溶膠－凝膠方法,首先對(duì)易氧化金屬基材進(jìn)行清洗、去污,然后在金屬基板上均勻涂覆0.1～1μm厚度的溶膠,在室溫、大氣下干燥,將已涂覆有溶膠的易氧化金屬基材置于真空或氣氛保護(hù)爐中升溫進(jìn)行熱處理,冷卻后至室溫,即完成對(duì)金屬表面的涂覆。用本發(fā)明的方法能在易氧化金屬基板上涂覆光滑、致密、無裂紋的具有高表面質(zhì)量的涂層,該涂層與基體有高的結(jié)合強(qiáng)度,能顯著提高金屬基體的耐腐蝕、抗氧化性。
文檔編號(hào)B05D7/14GK1278462SQ0010980
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者梁開明, 李海濱, 梅樂夫 申請(qǐng)人:清華大學(xué)