專利名稱：：熔煉金屬高溫容器用復合涂層及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及熔煉金屬高溫容器用復合涂層及其制備方法，屬于貴金屬或稀有金屬熔煉與制備
技術領域：
。
背景技術：
：由于高質量金屬及其合金熔點高，化學性質活潑，在熔煉時，幾乎能與剛玉、石英等材料發生反應。熱力學計算顯示，氧化鈣、氧化鈹等與以上金屬在高溫下有良好的化學穩定性，因此，曾嘗試用氧化鈣等材質容器熔煉鈦及其合金。但由于氧化鈣材質容器很難燒結成形，在潮濕空氣中易水解，熔煉過程中易致熔煉金屬中氧含量增加，影響合金性能。此外，鈹的毒性，氧化鈹制作工藝復雜，要求特殊、成本很高，因此，氧化鈣和氧化鈹材質容器無法滿足高質量金屬及其合金的熔煉需要。石墨等材料易加工、抗熱震性能好、成本低廉等，已在高溫金屬和合金熔鑄中獲得廣泛應用，但石墨也存在高溫下與熔煉金屬反應的問題，以往普遍采用火焰噴涂或漿料刷涂氧化鋯涂層，可是高溫反應污染和抗熱震性能差等問題依然存在。資料顯示，氧化釔與上述金屬或合金的高溫化學穩定性明顯優于氧化鋯等涂層，熱膨脹系數低，有利于提高涂層與基材的結合。通常，在石墨表面沉積涂層前需要用高溫包埋滲工藝在其表面形成碳化硅層，然后再沉積陶瓷層。但對于大尺寸石墨材料，由于高溫窯爐溫場不均勻，容易使碳化硅層厚薄不均勻，同時，包滲材料深度擴散，導致容器壁形成疏松多孔結構，降低了容器的強度。
發明內容本發明提出的熔煉金屬高溫容器用復合涂層及其制備方法。其具體技術方案一如下(1)在熔煉金屬高溫容器表面具備單層或多層金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮過渡層，作為基材和表面陶瓷層之間的應力過渡層。金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮層的單層厚度在0.1lam20^im之間，多層的層數為25層。(2)在上述過渡層具備單層或多層氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂涂層等，形成耐溫抗蝕的陶瓷表面層，單層厚度約為0.150.25mm，多層的層數為25層。其具體技術方案二為(3)在熔煉金屬高溫容器表面由金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮與陶瓷面層材料按質量百分比100:00:100比例混合后以等離子體噴涂工藝制備涂層三層以上，形成三層以上上述金屬和陶瓷相組分由多到少或由少到多的梯度涂層，單層混合涂層厚度在0.1^im20^im之間。所述的陶瓷面層材料為氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂。實現上述技術方案一通過下述步驟完成(1)熔煉金屬高溫容器基底預處理；熔煉金屬高溫容器基底預處理，即將加工好的石墨容器的內表面進行粗糙化和凈化處理。粗糙化過程可以用金相砂紙打磨或用剛玉砂噴砂處理，增加表面粗糙度，確保涂層與基材的良好接觸。凈化可以采用超聲波凈化，是為了凈化基材表面，減少粘附顆粒等，進一步增強基材與金屬過渡層的結合性能。(2)在熔煉金屬高溫容器基底表面等離子體噴涂金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮過渡層；其中，優選的等離子氣體流量為氬氣40-60升/分(slpm)，氫氣6-10slpm，控制電流550-650A，功率35-42kW，噴涂距離100-150mm。上述噴涂工藝參數根據設備選擇不同而選擇。(3)等離子體噴涂氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂等耐溫抗蝕陶瓷涂層；其中，優選的等離子氣體流量為氬氣30-55slpm，氫氣10-14slpm，控制電流600-680A，功率40-48kW，噴涂距離80-150mm。上述噴涂工藝參數根據設備選擇不同而選擇。實現上述技術方案二通過下述步驟完成(1)熔煉金屬高溫容器基底預處理；熔煉金屬高溫容器基底預處理，即將加工好的石墨容器的內表面進行粗糙化和凈化處理。粗糙化過程可以用金相砂紙打磨或用剛玉砂噴砂處理，增加表面粗糙度，確保涂層與基材的良好接觸。凈化可以采用超聲波凈化，是為了凈化基材表面減少粘附顆粒等，進一步增強基材與金屬過渡層的結合性能。(2)由金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮與陶瓷面層材料按質量百分比100:00:100比例混合后以等離子體噴涂工藝制備涂層三層以上，形成三層以上上述金屬和陶瓷相組分由多到少或由少到多的梯度涂層，單層混合涂層厚度在0.1(im20iim之間。其中，優選的等離子氣體流量為氬氣30-60slpm，氫氣6-15slpm，控制電流550-650A，功率35-48kW，。噴涂距離80-150mm上述噴涂工藝參數根據設備選擇不同而選擇。圖1和圖2為石墨部件表面的耐溫抗蝕涂層。具體實施例方式下面通過實施案例進一步闡明本發明的特點和效果。決非限制本發明。實施例1在壁厚10mm的0300mmXO284mmX300mm石墨部件表面采用等離子噴涂工藝制備單層10,厚鎢涂層和單層0.25mm厚氧化釔涂層。經140(TC使用10h，涂層完好，如圖1所示。噴涂工藝參數如表1所示。實施例2在不銹鋼基材表面制備兩層10pm厚鎢涂層和單層0.25mm厚氧化釔涂層涂層，經20MW/r^輻照400600次，涂層完好，未發生開裂剝落。噴涂工藝參數如表2所示。實施例3在不銹鋼基材表面制備單層10pm厚鎢涂層和單層lOpim厚鉬涂層和兩層0.15mm鋯酸韓涂層，未發生開裂剝落。噴涂工藝參數如表2所示。實施例4在石墨基材表面制備按照順序制備鎢一(80wt^鎢+20wt^Y203)—(60wt%l^+40wt%Y2O3)—(40wt%^+60wt%Y2O3)—(20wt^鉤+80wt%Y203)一￥203六層組分梯度漸變涂層，單層混合涂層厚度為10pm。采用雙筒送粉，噴涂工藝參數如表3。實施例5在不銹鋼基材表面制備鉬一(75wt5aB+25wt%Y203)—(60wt^鉬+40wt%Y203)—(25wtX鉬+75wt^Y203)—(20wt^鉬+80wt%Y203)—Y203六層組分梯度漸變涂層，單層混合涂層厚度為8pm。采用雙筒送粉，噴涂工藝參數同表3。實施例6在氧化鋁基材表面制備(89wt^鉭+llwt^Y203)—(60wt^鉬+40wt%Y203)—(11wtX鉭+89wtXY203)—(20wt^鉬+80wt%Y203)—丫203六層組分梯度漸變涂層，單層混合涂層厚度為8|im。采用雙筒送粉，噴涂工藝參數同表3。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>ArH2(A)(kW)金屬陶瓷(mm)金屬層57860040180120過渡層14010620411410120過渡層23711620411220120過渡層3341162042830120過渡層4331263042436120陶瓷層321364045040120權利要求1、熔煉金屬高溫容器用復合涂層，其特征在于在熔煉金屬高溫容器表面具備單層或多層金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮過渡層，金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮層的單層厚度在0.1μm～20μm之間，多層的層數為2～5層；過渡層上具備單層或多層氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂涂層，單層厚度約為0.15～0.25mm，多層的層數為2～5層。2、熔煉金屬高溫容器用復合涂層，其特征在于在熔煉金屬高溫容器表面形成三層以上金屬鴇或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮與陶瓷面層材料組分由多到少或由少到多的梯度涂層，金屬與陶瓷面層材料組分按質量百分比為100:00:100，單層混合涂層厚度在p.lum20um之間。所述的陶瓷面層材料為氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂。3、按權利要求1所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)熔煉金屬高溫容器基底預處理；(2)在熔煉金屬高溫容器基底表面等離子體噴涂金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮過渡層；(3)等離子體噴涂氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂等耐溫抗蝕陶瓷涂層。4、按權利要求3所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于所述的預處理包括粗糙化和凈化處理。5、按權利要求3所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)噴涂涂層單層厚度在0.1pm20(im之間，多層的層數為25層。6、按權利要求3所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于步驟(3)噴涂涂層單層厚度約為0.150.25mm，多層的層數為25層。7、按權利要求2所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于包括下述步驟-(1)熔煉金屬高溫容器基底預處理；(2)由金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮與陶瓷面層材料按質量百分比100:00:100比例混合后以等離子體噴涂工藝制備涂層三層以上，形成三層以上上述金屬和陶瓷相組分由多到少或由少到多的梯度涂層。8、按權利要求7所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于所述的預處理包括粗糙化和凈化處理。9、按權利要求7所述的熔煉金屬高溫容器用復合涂層的制備方法，其特征在于噴涂混合涂層單層厚度在0.1^im20iim之間。全文摘要本發明涉及熔煉金屬高溫容器用復合涂層及其制備方法，屬于貴金屬或稀有金屬熔煉與制備
技術領域：
。本發明是在熔煉金屬高溫容器表面具備單層或多層金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮過渡層，過渡層上具備單層或多層氧化釔或鋯酸鈣或鋯酸鎂涂層或者在熔煉金屬高溫容器表面形成三層以上金屬鎢或金屬鉬或金屬鉭或金屬鈮與陶瓷面層材料組分由多到少或由少到多的梯度涂層。本發明克服了以往高溫下熔煉金屬與高溫容器反應的問題，可用于高溫熔煉領域。文檔編號F27B14/00GK101363687SQ20081020017公開日2009年2月11日申請日期2008年9月19日優先權日2008年9月19日發明者丁傳賢,周霞明,趙華玉,陶順衍申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所