本技术涉及热喷涂陶瓷涂层领域，更具体地说，它涉及一种等离子喷涂陶瓷粉末、陶瓷复合涂层及其制备方法。
背景技术：
1、随着航空航天、能源电力、国防军工等领域尖端前沿技术的不断发展，其中涉及大型装备及关键部件的使用要求也更加严苛，因此，如何延长相关结构材料在高温、强腐蚀等极端条件下的服役寿命成为亟待解决的核心问题之一。通常来说，有两种途径可以有效解决这一问题：一是通过各种手段改变基体材料本身的化学成分、相稳定性、组织结构，从而提升基体材料的本征性能，但是该方法存在探索周期长、应用成本高的局限；二是采用表面处理技术对基体材料进行增强保护。针对结构材料在不同环境下的使用需求，制备出相应的抗氧化、耐高温、耐腐蚀的功能涂层，通过物理或化学的手段将涂层覆盖在基体材料表面，从而减缓破损和失效从材料表面向其内部发展的过程，最终达到延长材料服役寿命的目的。相较于基体改性的方法，表面改性受限因素少，适用范围更广且针对性更强，因此该方法已在越来越多的科研及实际生产过程中得到应用并且取得了良好的效果。
2、在表面改性技术领域中，通常包括化学气相沉积技术(cvd)、物理气相沉积技术(pvd)、热喷涂技术等。通过cvd制备的涂层虽然密度更高，但是设备成本投入较大且操作复杂，对基体的材料和形状要求较高；通过pvd制备的涂层具有较强的耐磨性，但是成本依旧较高；相比之下，热喷涂技术的成本较低，操作更加方便，适用范围更广。等离子喷涂技术作为重要的热喷涂技术之一，具有沉积速度快、工作效率高和生产方式灵活等多种优点，是目前热喷涂领域发展的重要方向。根据产生等离子体的介质和环境的不同，等离子喷涂技术可以分为大气等离子喷涂、液相前驱等离子喷涂和超音速等离子喷涂等多种类型。
3、大气等离子喷涂(aps)是将气体(如氩气、氦气、氮气等)送入等离子喷枪的电弧区域，在高电压和高电流的作用下，气体被电离形成等离子体，这种等离子体射流具有高温和高速的特点。在等离子体射流的作用下，粉末材料被加热到高温并熔化，然后高速飞溅到基体的表面上形成涂层。由于这种喷涂过程可以在室温下进行，不需要真空环境，因此被广泛应用于材料保护、修复和改进等领域。但是，该喷涂过程决定了其所形成的涂层表面、内部一定会存在孔隙或裂纹等缺陷，这些缺陷为腐蚀介质渗入提供了通道。在腐蚀环境下，腐蚀介质通过陶瓷层的缺陷及微裂纹渗入到涂层与金属的界面并发生严重的电化学腐蚀，从而导致涂层开裂及剥落，降低了涂层在腐蚀环境中的使用寿命，限制了大气等离子喷涂陶瓷涂层在耐腐蚀行业的应用。
技术实现思路
1、为了降低陶瓷复合涂层的孔隙率，提高陶瓷复合涂层的致密度，从而延长陶瓷复合涂层的服役寿命，本技术提供一种等离子喷涂陶瓷粉末、陶瓷复合涂层及其制备方法。
2、第一方面，本技术提供的一种等离子喷涂陶瓷粉末，采用如下的技术方案：
3、一种等离子喷涂陶瓷粉末，所用原料包括以下重量份的组分：纳米粉体100份和硅酸盐玻璃粉10-30份；所述纳米粉体包括重量比为(80-86):10:2:(2-8)的纳米al2o3粉体、纳米tio2粉体、纳米ceo2粉体和纳米ysz粉体。
4、通过采用上述技术方案，本技术的纳米ysz(氧化钇部分稳定化的氧化锆)粉体中的y3+在较高的温度下可以扩散到zro2中维持zro2相的稳定性，而zro2易在al2o3晶界处富集并使al2o3晶粒细化且弥散分布，并且y2o3有助于改善al2o3混合粉体的润湿性能，降低混合粉体的熔点，使得混合粉体在加热过程中能够充分熔融并结合纳米颗粒之间的毛细作用向层间空隙填充，同时y2o3还会阻碍其他离子迁移，降低晶界迁移速率并抑制晶粒生长，从而降低涂层的孔隙率，提高涂层的致密性，延长陶瓷复合涂层的服役寿命。
5、但是zro2具有低热导率的特点，若是纳米ysz粉体的加入量过多，则会影响混合粉末的充分熔融及铺展，反而易产生孔隙，而且高温下晶粒迅速合并生长，撞击基体时迅速降温冷凝在界面处发生急剧收缩而分离，粉体受热不均匀导致部分粉末粒子未完全融化就堆积在涂层中，也会造成孔隙的增多。因此，本技术优化了纳米ysz粉体的添加量，从而使涂层具有较低的孔隙率。
6、此外，本技术还将纳米粉体和硅酸盐玻璃粉按照一定比例混合搭配使用，硅酸盐玻璃粉在高温时具有粘度低、流动性好的特点，在喷涂过程中随着熔融液滴撞击基体表面后迅速凝固，起到了粘结的作用，并且还能更好地填充纳米粉体熔滴之间的孔隙，增大了熔滴铺展的面积，形成了大片层铺展，从而降低了孔隙率，提高了涂层的致密度。但是，硅酸盐玻璃粉的加入量不宜过高，若是其加入量过大，则反而会由于等离子喷涂快速冷却时，脆性的玻璃材料导致应力集中，从而产生裂纹，增大了孔隙率。
7、优选的，所述纳米粉体包括重量比为82:10:2:6的纳米al2o3粉体、纳米tio2粉体、纳米ceo2粉体和纳米ysz粉体。
8、通过采用上述技术方案，本技术进一步优化了纳米ysz粉体在纳米粉体中的加入比例，从而进一步降低了涂层的孔隙率，提高了涂层的致密度，增强了涂层的耐腐蚀能力，延长了涂层的服役寿命。
9、优选的，所述等离子喷涂陶瓷粉末的平均粒径为52.34-82.35μm，流动性为10.73-11.87g/min，松装密度为0.52-0.56g/cm3，振实密度为0.87-0.90g/cm3。
10、通过采用上述技术方案，由于原始纳米粉末颗粒尺寸小具有很高的化学活性且黏附性较强，因此存在自发团聚现象，流动性极差，不能直接用于等离子喷涂，需要经过处理将其制备成流动性较好且可用于等离子喷涂的喂料。本技术将纳米粉体和硅酸盐玻璃粉进行混合，经机械球磨后粉体经历不断团聚、撕裂后再重组制成浆料，为了更好地分散纳米粉体，也可以向其中加入柠檬酸铵作为分散剂，然后经过喷雾造粒制成粉体颗粒，再经高温烧结使粉体更加致密，最终制得流动性好，表面光滑，致密度高，球形度好的等离子喷涂陶瓷粉末，其平均粒径为52.34-82.35μm，流动性为10.73-11.87g/min，松装密度为0.52-0.56g/cm3，振实密度为0.87-0.90g/cm3。
11、第二方面，本技术提供的一种陶瓷复合涂层的制备方法，采用如下的技术方案：
12、一种陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
13、s1.对基体表面进行除油清洗和喷砂预处理；
14、s2.在经步骤s1处理的基体表面喷涂粘结层，然后再喷涂等离子喷涂陶瓷粉末；
15、s3.采用封孔剂对经步骤s2处理的基体进行封孔处理，得到陶瓷复合涂层。
16、通过采用上述技术方案，本技术先对基体表面进行除油清洗，所述基体为q355钢，尺寸为φ25.4×8mm，该除油清洗过程为：采用砂轮机磨去表面污物，再用无水乙醇擦净后通过倒角、丙酮溶液清洗油污。然后再进行喷砂预处理，使基体表面具有一定的粗糙度和活性，有利于提升涂层的结合强度。本技术的喷砂预处理所用砂粒类型为质地致密、硬度高的白刚玉砂，其砂粒尺寸为0.68-0.82mm。
17、由于陶瓷层和基体的热膨胀系数差异较大，会造成涂层内残余应力过大，影响涂层的使用寿命，产生热失配现象。为了解决该问题，在喷砂预处理后，先在基体表面喷涂一层粘结层作为打底层，再喷涂等离子喷涂陶瓷粉末，这样可以实现热膨胀系数差异的过度，减小涂层内部的残余应力，提高涂层的耐久性和使用寿命，并且打底层具有较好的黏结性，可以提供良好的涂层附着力，并提高整体涂层的结合强度。本技术的打底层为nicraly，打底层的厚度为90±10μm。本技术的等离子喷涂陶瓷粉末喷涂形成的陶瓷层厚度为200±20μm。
18、在大气等离子喷涂形成涂层后，本技术进一步采用封孔剂对涂层进行后处理，进一步降低了涂层的孔隙率，增强了涂层的致密度，降低了涂层表面粒子脱落、涂层整体剥落失效等情况发生的可能性，提高了涂层的抗腐蚀能力，延长了涂层的使用寿命。
19、优选的，所述步骤s1中，喷砂预处理的喷砂压力为0.5-0.6mpa，喷砂距离为100-120mm，喷砂角度为75-80°。
20、优选的，所述步骤s2中，喷涂时的气体流量为30-40l/min，送粉速率为10-20g/min，喷涂距离为100-120mm，喷涂角度为30-90°。
21、优选的，所述气体包括ar和h2，以ar作为主气和载气，以h2作为辅气。
22、优选的，所述步骤s3中的封孔剂包括重量比为(1.8-2.2):1的有机硅基料和zro2包覆sic-ceo2封孔粒子。
23、通过采用上述技术方案，本技术利用有机硅基料和zro2包覆sic-ceo2封孔粒子混合制成无机-有机杂化封孔剂，然后对涂层进行封孔处理，大幅度降低了涂层的孔隙率，提高了涂层的耐腐蚀能力，并且能够在高温环境下进行长期服役。本技术的有机硅基料为sio2溶胶。
24、优选的，所述zro2包覆sic-ceo2封孔粒子中sic和ceo2的重量比为(98-99.5):(0.5-2)。
25、通过采用上述技术方案，本技术先采用一定配比的sic和ceo2混合球磨后制得sic-ceo2复合粉末，利用ceo2降低了sic的高温分解速率，同时起到了稳定纳米ysz粉末中zro2相的作用，然后再利用zro2对sic-ceo2复合粉末进行包覆，实现了封孔粒子与涂层之间的有效结合，进一步增强了封孔剂的封孔效果。
26、第三方面，本技术提供一种由上述制备方法制得的陶瓷复合涂层。
27、综上所述，本技术具有以下有益技术效果：
28、1.本技术的等离子喷涂陶瓷粉末的平均粒径为52.34-82.35μm，流动性为10.73-11.87g/min，松装密度为0.52-0.56g/cm3，振实密度为0.87-0.90g/cm3，具有流动性好、表面光滑、致密度高、球形度好的特点；
29、2.本技术的陶瓷复合涂层具有孔隙率低，致密度高的特点，耐腐蚀性能较好，且能在高温下长时间服役，服役寿命较长。
1.一种等离子喷涂陶瓷粉末，其特征在于，所用原料包括以下重量份的组分：纳米粉体100份和硅酸盐玻璃粉10-30份；所述纳米粉体包括重量比为（80-86）:10:2:（2-8）的纳米al2o3粉体、纳米tio2粉体、纳米ceo2粉体和纳米ysz粉体。
2.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂陶瓷粉末，其特征在于，所述纳米粉体包括重量比为82:10:2:6的纳米al2o3粉体、纳米tio2粉体、纳米ceo2粉体和纳米ysz粉体。
3.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂陶瓷粉末，其特征在于，所述等离子喷涂陶瓷粉末的平均粒径为52.34-82.35μm，流动性为10.73-11.87g/min，松装密度为0.52-0.56g/cm3，振实密度为0.87-0.90g/cm3。
4.一种陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，喷砂预处理的喷砂压力为0.5-0.6mpa，喷砂距离为100-120mm，喷砂角度为75-80°。
6.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，喷涂时的气体流量为30-40l/min，送粉速率为10-20g/min，喷涂距离为100-120mm，喷涂角度为30-90°。
7.根据权利要求6所述的一种陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述气体包括ar和h2，以ar作为主气和载气，以h2作为辅气。
8.根据权利要求4所述的一种陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中的封孔剂包括重量比为（1.8-2.2）:1的有机硅基料和zro2包覆sic-ceo2封孔粒子。
9.根据权利要求8所述的一种陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述zro2包覆sic-ceo2封孔粒子中sic和ceo2的重量比为（98-99.5）:（0.5-2）。
10.一种由权利要求4所述的陶瓷复合涂层的制备方法制得的陶瓷复合涂层。
