与整体结构陶瓷材料相比,高性能陶瓷涂层技术(亦称精细陶瓷涂层,先进陶瓷涂层,新型陶瓷涂层)具有如下特点:
(1)能有机地把金属材料的强韧性、可加工性、导电导热性等和陶瓷材料的耐高温、高耐磨、高耐蚀等特点结合起来,发挥两类材料的综合优势,同时满足机械产品对结构性能(强度、韧性等)和环境性能(耐磨、耐蚀、耐高温等)的需要,获得相当理想的复合材料结构。
(2)能够用于制备陶瓷涂层的材料品种多。它们包括:各种氧化物和复合氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物以及金属陶瓷;陶瓷和陶瓷、陶瓷和金属、陶瓷和塑料等材料,亦可进行组合。用作整体结构材料的陶瓷,目前还仅有碳化硅、氮化硅、稳定化氧化错等少数几个品种。
(3)功能广。能够采用不同的热喷涂工艺,喷涂各种陶瓷涂层材料,获得各种功能的表面强化涂层,如耐磨、减摩自润滑、可磨耗密封、高摩阻制动、耐腐蚀、抗氧化、耐高温、绝热、绝缘、热辐射、防辐射、屏蔽及波长吸收、催化、超导和生物功能等,功能极广,广泛用于国民经济各部门。
(4)能够在多种基体材质上制备陶瓷涂层。基体可以是各种金属(如钢、铸铁、铝、钦、铜、铝、钨等难熔金属),陶瓷、水泥、耐火材料、石料及石膏等无机材料,塑料和有机材料以及木材、纸板等,几乎所有的固体材料都可作为基体,其性能均可通过喷涂陶瓷涂层加以改善。
(5)物耗少,物流小,附加值高,经济效益突出。陶瓷涂层厚度一般在几十微米到几毫米之间,加之陶瓷材料密度较小,因而物耗少,物流量小,但附加值却很高。如火箭用钨喷管,喷涂陶瓷涂层后,其使用寿命提高上百倍;高压泵柱塞表面喷涂0.3~0.5mm厚的陶瓷涂层,其使用寿命比惯用的镀硬铬柱塞提高6倍
(6)制造陶瓷复合粉末的方法多,调整涂层成分比较容易。制造陶瓷复合粉末的方法有熔炼一破碎法、烧结法、团聚或喷雾干燥法、包覆法、化学反应共沉积法、溶一胶法、团聚等离子体球化法、自蔓延法等,能够配制多种组分和配比的陶瓷复合粉末,调整涂层成分比较容易。
(7)可以不受工件尺寸和施工场所的限制。喷涂陶瓷涂层的产品可以是短、小、轻、薄的制品,如氧探测器、固体燃料电池等;也可以是重型、大型制品,如大型液压缸用超大型陶瓷涂覆活塞杆,长达16m,重达10t以上。既可在热喷涂工厂内施工,也可在现场施工。
(8)陶瓷涂层沉积速率较快,涂层厚度可控。热喷涂技术沉积陶瓷涂层的沉积速率比PVD、CVD、电火花沉积等要快,通常为2一5kg/h。采用水稳等离子喷涂A1203,沉积速率可高达5kgh/,涂层厚度可达20mm。而微束等离子喷涂,其厚度仅有十几微米。采用电脑控制的超细粉末送粉器,能够将涂层厚度误差控制在10拌m左右。
(9)陶瓷涂层的可加工性好,且涂层损坏后,金属基体还可再使用,再喷涂陶瓷涂层。
(10)成型容易。能够在薄壁件、空心件和异形件表面喷涂陶瓷涂层,也可实现制品局部喷涂陶瓷涂层强化。
(11)容易与原有金属加工的工装条件结合,实行企业的技术改造。
热喷涂陶瓷涂层并非十全十美,陶瓷材料有质脆的固有弱点,与金属材料的热物理性能(如膨胀系数、热导率等)差别大,陶瓷涂层与基体材料的结合主要为机械嵌合等缺陷,使陶瓷涂层不能应用于受冲击,高应力和强疲劳等工况条件。
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