摘要
氧化物陶瓷涂层具备耐热、耐腐蚀、抗高温氧化、高硬度以及耐磨等优异性能，在金属表面制备氧化物陶瓷涂层能够显著提高基体金属的综合性能，使其既有金属良好的物理和力学性能，又具备陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良特性，因此，金属基氧化物陶瓷涂层广泛应用于航天、机械、电子等领域。本文以SiO2、MgO、Al2O3、Na2O等为陶瓷骨料，水玻璃为粘结剂，采用料浆法在316L不锈钢基体表面成功制备了耐蚀氧化物陶瓷涂层，重点研究了不同工艺参数下陶瓷涂层的显微硬度、抗热震性及耐腐蚀性等性能。主要结果如下： 以SiO2、MgO、Al2O3、Na2O等为陶瓷骨料，水玻璃为粘结剂，研究了采用料浆法制备陶瓷涂层的工艺过程，以及制备过程中涂覆工艺及烧结工艺对陶瓷涂层表面质量和微观组织的影响。结果表明，当氧化物粉末经200目筛，陶瓷骨料与粘结剂比例为1:15(g:mL)时可得到合适的料浆；采用喷枪喷涂，保证涂层厚度在100~150μm，升温速率为3℃/min的条件下，能够得到性能良好的涂层。当烧结温度达到750℃，涂层表面生成了Al2SiO5、3Al2O3·2SiO2、Ca2SiO4和Mg2Al2O5四种化学性质能稳定、耐腐蚀的陶瓷相。当烧结温度从600℃升高至800℃，其显微硬度从65HV提升至371HV。烧结温度从600℃升高至750℃时，陶瓷涂层的自腐蚀电位由-0.530V提高至-0.379V，自腐蚀电流密度由26μA减少至5.6μA，陶瓷涂层的耐腐蚀性有所提高。当烧结温度为750℃时，陶瓷涂层经700℃热循环20次抗热震测试后，涂层未脱落，与基体有良好的结合性能。 进一步研究了添加CaO、TiO2对陶瓷涂层组织及性能的影响，结果表明：CaO的加入，在陶瓷涂层表面生成了化学性质稳定、耐腐蚀的Ca2SiO4等新相，有效增强了涂层的耐腐蚀性能。添加CaO可以使陶瓷涂层的自腐蚀电位高于不锈钢基体，对基体有较好的保护效果。由于TiO2的加入使得涂层内部孔隙增多，故而并未提升陶瓷涂层的耐腐蚀性能，但是使得涂层和基体的结合力大大加强，添加TiO2的陶瓷涂层可在800℃下热循环20次，且涂层无脱落。
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