一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料的制作方法

本发明是一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，属于表面处理与材料防护领域，具体提出了一种提升不锈钢高温抗氧化性能的合金-陶瓷复合涂层设计方案。

背景技术：

1、不锈钢因其优异的抗氧化性、耐腐蚀性，以及成本低、易制造等优势，被广泛应用于核能发电、石油化工、能源动力和航空航天等领域。但随着工业技术的迭代升级，材料的服役环境日益严苛，导致设备设施面临使用寿命缩短、稳定性下降及安全隐患加剧等问题，亟需突破材料的性能瓶颈。在不锈钢基体表面构筑防护涂层是提升材料性能的有效手段，然而传统单一涂层因性能局限难以满足应用需求。

技术实现思路

1、为进一步提升不锈钢的高温抗氧化性，满足其在极端环境下的长寿命防护的应用需求，本发明提供了一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，解决传统单一涂层因热膨胀系数失配导致的剥落问题，以及高温氧化引发的失效风险。

2、一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，其特征在于：以不锈钢为基体，在基体外部设有合金陶瓷复合涂层，合金陶瓷复合涂层包括靠近基体的合金隔离层和在合金隔离层外的陶瓷防护层。

3、所述的不锈钢基体是各类高强钢、碳钢、马氏体钢或奥氏体钢。

4、所述的合金隔离层的材料是nicr、crn、nicrmow、nial、coal、或feal。

5、所述的陶瓷防护层是氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷或硼化物陶瓷中的一种材料的陶瓷防护层或多种材料复合的陶瓷防护层；其中，氧化物陶瓷包括al2o3、zro2、cr2o3和y2o3；碳化物陶瓷包括sic和tic；氮化物陶瓷包括si3n4和aln；硅化物陶瓷包括mosi2和wsi2；硼化物陶瓷包括zrb2和tib2。

6、陶瓷防护层的制备方法是等离子喷涂法、物理气相沉积、化学气相沉积、激光熔覆或溶胶-凝胶法中任意一种方法或多种方法的结合。

7、取决于应用场景，所述复合涂层厚度0.2~50μm，其中合金隔离层、陶瓷防护层厚度均不应低于0.1μm。

8、所述复合涂层制备时机可在不锈钢焊接前或焊接后，若于焊接前制备涂层，则将待焊区域陶瓷涂层打磨后，保留合金涂层进行焊接；若于焊接后制备涂层，复合涂层需同时对母材及焊缝进行氧化防护。

9、本发明至少包括以下有益效果：

10、（1）本发明提出的一种提升不锈钢高温抗氧化性的合金-陶瓷复合涂层，通过梯度复合结构设计与多材料协同改性，提升不锈钢的高温抗氧化性能。本发明能够抵抗o2、co2、h2o、co的单一气氛或多元素混合气氛的腐蚀。

11、（2）本发明提出的一种提升不锈钢高温抗氧化性的合金-陶瓷复合涂层，通过合金隔离层可构筑母材-合金层-陶瓷层梯度结构，避免了由于热膨胀系数失配导致的涂层剥落，适用于高温、长时、腐蚀气氛下不锈钢的抗氧化防护。本发明高温抗氧化性能温度适用范围为室温~1000℃，减缓氧化速率最高至90%。

12、（3）本发明提出的一种提升不锈钢高温抗氧化性的合金-陶瓷复合涂层，其设计思路适用于各类不锈钢的的性能提升及极端应用场景。

13、（4）本发明提出的一种提升不锈钢高温抗氧化性的合金-陶瓷复合涂层，保留了不锈钢基体的可焊性，在不锈钢焊接前或焊接后均可进行复合涂层的制备。

14、（5）本发明提出的一种提升不锈钢高温抗氧化性的合金-陶瓷复合涂层，可采用固相沉积、等离子喷涂法、物理气相沉积（cvd）、化学气相沉积（pvd）、激光熔覆等多种工艺进行制备。

15、（6）本发明的方案能够有效延长高温氧化防护时间，涂层经长时热氧化环境暴露后，陶瓷防护层有概率优先局部剥落失效，此时内部合金隔离层仍可对母材进行持续保护。

1.一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，其特征在于：以不锈钢为基体，在基体外部设有合金陶瓷复合涂层，合金陶瓷复合涂层包括靠近基体的合金隔离层和在合金隔离层外的陶瓷防护层。

2.根据权利要求1所述的一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，其特征在于，所述的不锈钢基体是各类高强钢、碳钢、马氏体钢或奥氏体钢。

3.根据权利要求1所述的一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，其特征在于，所述的合金隔离层的材料是nicr、crn、nicrmow、nial、coal或feal。

4.根据权利要求1所述的一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，，其特征在于，所述的陶瓷防护层是氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷或硼化物陶瓷中的一种材料的陶瓷防护层或多种材料复合的陶瓷防护层；其中，氧化物陶瓷包括al2o3、zro2、cr2o3和y2o3；碳化物陶瓷包括sic和tic；氮化物陶瓷包括si3n4和aln；硅化物陶瓷包括mosi2和wsi2；硼化物陶瓷包括zrb2和tib2。

5.根据权利要求1所述的一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，，其特征在于，陶瓷防护层的制备方法是等离子喷涂法、物理气相沉积、化学气相沉积、激光熔覆或溶胶-凝胶法中任意一种方法或多种方法的结合。

6.根据权利要求1所述的一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，，其特征在于，取决于应用场景，所述复合涂层厚度0.2～50μm，其中合金隔离层、陶瓷防护层厚度均不应低于0.1μm。

7.根据权利要求1所述的一种具有合金陶瓷复合涂层的高温抗氧化不锈钢材料，，其特征在于，所述复合涂层制备时机可在不锈钢焊接前或焊接后，若于焊接前制备涂层，则将待焊区域陶瓷涂层打磨后，保留合金涂层进行焊接；若于焊接后制备涂层，复合涂层需同时对母材及焊缝进行氧化防护。