權(quán)利要求書： 1.一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層，其特征在于，復(fù)合涂層由過渡層和陶瓷涂層組成，所述過渡層在熱處理爐金屬表面，最外層為陶瓷涂層，所述過渡層包括ZrN組分和Fe組分，具體為由Zr/Fe混合粉末在含氮反應(yīng)氣氛中通過等離子噴涂形成，所述過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為3.5 34.3%，過渡層中ZrN為納米晶，平均粒徑為40 80nm，所述~ ~陶瓷涂層為純ZrN涂層，具體為等離子噴涂過程中由Zr粉和含氮反應(yīng)氣氛原位自生而成ZrN，再通過熔覆處理形成，陶瓷涂層中的ZrN顆粒平均粒徑為50 90nm，所述陶瓷涂層到過~渡層再到熱處理爐三者之間的成分具有連續(xù)性，具體成分為從純ZrN組分到ZrN/Fe組分再到Fe組分，所述過渡層和陶瓷涂層的厚度分別為100 150μm和100 250μm。

~ ~

2.一種如權(quán)利要求1所述的原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.原料配比：分別稱取高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；

S2.球磨制粉：將步驟S1中稱取的粉末經(jīng)過濕法球磨，分別得到所需納米尺度的高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；

S3.噴霧干燥制團(tuán)聚顆粒：將步驟S2中球磨后的納米尺度的粉末通過噴霧干法制得微米團(tuán)聚顆粒，再經(jīng)過干燥、篩分后獲得高純Zr團(tuán)聚顆粒和高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒；

S4.基底表面預(yù)處理：熱處理爐金屬表面預(yù)處理；

S5.噴涂過渡層：步驟S3獲得的高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S4處理好的熱處理爐金屬表面，得到ZrN/Fe過渡涂層；

S6.噴涂陶瓷層：將步驟S3獲得的高純Zr團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S5的ZrN/Fe過渡層表面，得到ZrN涂層；

S7.熔覆處理：采用電子束對步驟S6的ZrN涂層表面進(jìn)行熔覆處理，得到原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層。

3.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述高純Zr粉末的粒徑為10 25μm，所述高純Zr/Fe混合粉末中Zr粉末和Fe~粉末的粒徑分別為10 25μm和10 25μm。

~ ~

4.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述高純Zr/Fe混合粉末中Zr粉末的體積分?jǐn)?shù)為5 45%。

~

5.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S2中濕法球磨以乙醇為溶劑，球磨參數(shù)為：球磨時間為5 10h，球磨轉(zhuǎn)速為250~ ~

450轉(zhuǎn)/min，球料比為5:1。

6.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，S2球磨后高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末的粒徑范圍為50 100nm。

~

7.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S3噴霧干法的參數(shù)為：環(huán)境溫度200℃，出口溫度150℃，噴霧壓力0.4MPa。

8.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S3干燥溫度為120℃，干燥時間為5h，干燥后通過孔徑為5 20μm的網(wǎng)篩，篩選粒徑~范圍為5 20μm的團(tuán)聚顆粒。

~

9.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S4所述表面預(yù)處理指用2000目的細(xì)砂紙打磨干凈后，再用無水乙醇清洗干凈。

10.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S5和步驟S6中的等離子噴涂參數(shù)為：電壓60 120，電流150 400A，送粉速率10~ ~ ~

50g/min，噴涂距離100 150mm，噴涂速率60 120mm/s。

~ ~

11.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S5和步驟S6中含氮反應(yīng)氣氛由純度為99.99%氮?dú)夂?9.99%氫氣組成，其中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為10 25%，含氮反應(yīng)氣氛總流量為20 100L/min。

~ ~

12.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S7中所述熔覆處理的參數(shù)為：電壓50 80k，電流為150 250mA，掃描速率為50~ ~ ~

90mm/s。

13.如權(quán)利要求2所述的一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟S7處理完的復(fù)合涂層25℃的熱導(dǎo)率為1.4 3.4W/(mK)，涂層結(jié)合力為28 38MPa。

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說明書： 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及隔熱涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層及其制備方法。背景技術(shù)[0002] 隨著工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，對工業(yè)設(shè)備的表面性能要求越來越高，如對大對數(shù)熱處理爐的爐膛金屬材料需要提高其表面隔熱性、耐熱沖擊性和抗氧化性等熱防護(hù)需求。相比而言，陶瓷材料具有良好的抗氧化性、熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性等優(yōu)良性能，滿足金屬表面對熱防護(hù)的需求，因此，通過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砑夹g(shù)，將陶瓷材料涂覆在金屬部件表面，滿足金屬耐熱部件在苛刻環(huán)境下的熱防護(hù)需求，因此研究陶瓷涂層的制備和發(fā)展具有重要意義。[0003] 目前，陶瓷涂層常見的制備方法有化學(xué)氣相沉積法、包埋法和發(fā)應(yīng)熱壓法等，其中化學(xué)氣相沉積制備的涂層厚度通常較?。话穹ㄖ苽涞耐繉有瘦^低；發(fā)應(yīng)熱壓法制備的陶瓷涂層通常需要壓力作為輔助，涂層形狀受到很大限制，因此以上方法都存在一定的局限性；離子熱噴涂是目前表面工程最為常見的制備方法之一，具有涂層材料體系多、工藝簡單靈活、不受構(gòu)件形狀限制等特點(diǎn)，但目前等離子噴涂原料粉末中的陶瓷顆粒主要有外加方式和原位合成方式；外加法的陶瓷顆粒由于陶瓷顆粒和金屬之間物化性質(zhì)的差異，導(dǎo)致兩者的結(jié)合能力差，很容易在熱循環(huán)過程中由于熱失配導(dǎo)致陶瓷顆粒發(fā)生脫落，如公開號為CN107653430A的中國專利公開了一種外加ZrO2和Y2O3陶瓷顆粒的復(fù)合涂層，外加陶瓷顆粒和鐵基體存在一定的物化不相容問題，但原位自生的陶瓷顆粒和金屬基體具有界面結(jié)合好、界面干凈和良好的物化相容性，因此原位自生的陶瓷顆粒的陶瓷涂層具有更好的結(jié)合力；授權(quán)公告號為CN100338254C的中國專利公開了一種原位生成超細(xì)晶碳化物金屬陶瓷涂層的制備方法，盡管原位生成的陶瓷涂層能夠提高涂層的結(jié)合能力，但陶瓷涂層和金屬基體本征熱物理性質(zhì)還是存在著差異，因此不可避免的帶來熱失配，為了解決該問題，通常在陶瓷涂層和金屬基體之間引入過渡層，以降低陶瓷涂層和金屬基底之間的熱失配，如公開號為CN114107873A的中國專利公開了一種TiAl為過渡層的復(fù)合涂層，但TiAl和基底不銹鋼之間組分不連續(xù)，依然存在一定熱失配應(yīng)力，因而不可避免的會存在復(fù)合涂層與金屬表面之間熱失配導(dǎo)致過渡層和陶瓷涂層之間結(jié)合差的問題。發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層及其制備方法，解決現(xiàn)有隔熱陶瓷涂層和熱處理爐金屬表面存在熱失配導(dǎo)致界面之間結(jié)合差等難題。[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：[0006] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層，所述的復(fù)合涂層由過渡層和陶瓷涂層組層，過渡層在熱處理爐金屬表面，最外層為陶瓷涂層，所述的過渡層為含有ZrN和Fe兩種組分，具體為由Zr/Fe混合粉末在含氮反應(yīng)氣氛中通過等離子噴涂形成；所述的過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為3.5 34.3%，過渡層中ZrN平均粒徑為40 80nm；所述的陶瓷涂層~ ~為純ZrN涂層，涂層中的ZrN顆粒平均粒徑為50 90nm。

~

[0007] 進(jìn)一步，所述的陶瓷涂層和過渡層中的ZrN為等離子噴涂過程中由Zr粉和含氮反應(yīng)氣氛原位自生而成；[0008] 優(yōu)選的，所述的過渡層和陶瓷層的厚度分別為100 150μm和100 250μm~ ~[0009] 優(yōu)選的，在上述熱處理爐金屬基體為不銹鋼或碳鋼。[0010] 本發(fā)明還提供了一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：[0011] S1.原料配比：分別稱取陶瓷涂層和過渡層所需的高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；[0012] S2.球磨制粉：將步驟S1中稱取的粉末經(jīng)過濕法球磨，得到陶瓷涂層和過渡層所需納米尺度混合粉末；[0013] S3.噴霧干燥制團(tuán)聚顆粒：將步驟S2中球磨后的納米尺度混合粉末通過噴霧干法制得微米團(tuán)聚顆粒，再經(jīng)過干燥、篩分后獲得高純Zr團(tuán)聚顆粒和高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒；[0014] S4.基底表面預(yù)處理：熱處理爐金屬表面預(yù)處理；[0015] S5.噴涂過渡層：步驟S3獲得的高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S4處理好的熱處理爐金屬表面，得到ZrN/Fe過渡涂層。[0016] S6.噴涂陶瓷層：將步驟S3獲得的高純Zr團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下噴涂于步驟S5的ZrN/Fe過渡層表面，得到ZrN涂層。[0017] S7.熔覆處理：采用電子束對處理步驟S6的ZrN涂層，進(jìn)一步提高陶瓷涂層的致密度。[0018] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S1中Zr粉末和Fe粉末的粒徑為分別為10 25μm和10 25μm。~ ~

[0019] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S1中過渡層需要的Zr/Fe混合粉末中Zr粉末的體積分?jǐn)?shù)為5 45%。~

[0020] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S2濕法球磨以乙醇為溶劑，球磨參數(shù)為：球磨時間為5 10h，球磨轉(zhuǎn)速為250 450轉(zhuǎn)/min，球料比~ ~為5:1。

[0021] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S2球磨后陶瓷涂層和過渡層所需粉末的粒徑范圍為50 100nm。~

[0022] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S3噴霧燥法的參數(shù)為：環(huán)境溫度為200℃，出口溫度為150℃，噴霧壓力為0.4MPa。[0023] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S3干燥溫度為120℃，干燥時間為5h，干燥后通過孔徑為5 20μm的網(wǎng)篩，篩選粒徑范圍為5 20μ~ ~m的團(tuán)聚顆粒。

[0024] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S4表面處理為用2000目的細(xì)砂紙打磨干凈后，再用無水乙醇清洗干凈。[0025] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S5 S6~中的等離子噴涂參數(shù)為：電壓為60 120，電流為150 400A，送粉速率為10 50g/min，噴涂距~ ~ ~

離為100 150mm，噴涂速率為60 120mm/s。

~ ~

[0026] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S5 S6~中含氮反應(yīng)氣氛由純度為99.99%氮?dú)夂?9.99%氫氣組成，其中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為10 25%，~

含氮反應(yīng)氣氛總流量為20 100L/min。

~

[0027] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S7中電子束熔覆的參數(shù)為：電壓50 80k，電流為150 250mA，掃描速率為50 90mm/s，真空度為~ ~ ~?3

8.6×10 Pa。

[0028] 進(jìn)一步，一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，所述的步驟S7處理完的復(fù)合涂層熱導(dǎo)率為1.4 3.4W/(mK)(25℃)，涂層結(jié)合力為28 38MPa。~ ~

[0029] 本發(fā)明隔熱涂層采用過渡層和陶瓷涂層雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的主要有以下優(yōu)勢，首先過渡層和熱處理爐(不銹鋼或碳鋼)都由金屬Fe元素組成，這樣可以保障過渡層和熱處理爐組分具有連續(xù)性，可以提高過渡層在熱處理爐表面的結(jié)合力以及避免熱失配應(yīng)力產(chǎn)生。其次過渡層組分由原位生成的ZrN和Fe兩種組分組成，其中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為3.5~

34.3%，過渡層中ZrN平均粒徑為40 80nm，ZrN陶瓷顆?？梢越档瓦^渡層的熱膨脹系數(shù)，因~

此可以降低過渡層整體的熱膨脹系數(shù)，同時生成的ZrN陶瓷顆粒的平均粒徑為納米級，因此含有大量ZrN/Fe異質(zhì)界面，可以有提高低熱傳輸過程中的聲子散射，降低過渡層的導(dǎo)熱率，從而具有良好的隔熱效果。而陶瓷層和過渡層同樣具有ZrN組分的連續(xù)性，可以提高陶瓷層和過渡層的化學(xué)相容性，因此可以進(jìn)一步提高過渡層和陶瓷層的結(jié)合力。其中過渡層由ZrN和Fe兩種組分組成，其熱膨脹系數(shù)介于ZrN和Fe之間，因此過渡層的意義可以進(jìn)一步緩解陶瓷層和熱處理爐之間的熱膨脹系數(shù)的差異，從而提高隔熱涂層整體的日熱失配應(yīng)力，從而提高隔熱涂層的服役壽命。

[0030] 本發(fā)明隔熱涂層還特別限定了過渡層厚度為100 150μm例如可以是110μm、120~μm、130μm、140μm、150μm，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。當(dāng)過渡層過低時，并不能有效緩解陶瓷層和熱處理爐金屬基底之間的熱失配應(yīng)力，同時過渡層過高并不具有有效的隔熱效果。

[0031] 本發(fā)明隔熱涂層還特別限定了陶瓷層厚度為100 250μm例如可以是130μm、160~μm、190μm、220μm、250μm，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。當(dāng)陶瓷層層厚過低時，隔熱效果較差，當(dāng)陶瓷層層厚過高時，由于較低的熱膨脹系數(shù)，會在熱循環(huán)過程中產(chǎn)生脫落的現(xiàn)象。

[0032] 本發(fā)明至少有以下有益效果:[0033] 1.本發(fā)明的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)為過渡層和陶瓷涂層，從陶瓷涂層?過渡層?金屬基底三者之間的成分變化為：純ZrN到ZrN/Fe再到Fe，各組分在空間位置上是連續(xù)變化的，物理化學(xué)性質(zhì)上沒有突變，可以減少陶瓷涂層和金屬基體之間的熱失配，提高金屬基底和陶瓷層之間的相容性，增加陶瓷和金屬基底之間的結(jié)合力，有效緩解陶瓷涂層在熱循環(huán)過程中發(fā)生脫落，可提高工作效率和服役壽命。[0034] 2.本發(fā)明的過渡層和陶瓷層中的ZrN過渡層和陶瓷層中的ZrN為原位反應(yīng)生成，ZrN/Fe界面更干凈，界面具有更好的化學(xué)相容性，可以進(jìn)一步提高基底和陶瓷等的結(jié)合能力，延長熱處理爐的使用壽命。[0035] 3.本發(fā)明中的過渡層和陶瓷層中的ZrN顆粒粒徑為納米級，因此涂層含有大量晶界和ZrN/Fe異質(zhì)界面，可以增加熱傳輸過程中的聲子散射，因此該復(fù)合涂層具有較低的熱導(dǎo)率，可以起到良好的隔熱效果。[0036] 4.本發(fā)明將等離子噴涂工藝和電子束熔覆處理工藝結(jié)合，可以進(jìn)一步提高陶瓷層的致密度和結(jié)合能力，具有操作簡單、效率高、方便可控等優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)隔熱涂層依靠提高涂層孔隙率提高隔熱效果的難題。附圖說明[0037] 圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖；[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合涂層截面SEM微觀結(jié)構(gòu)照片；[0039] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合涂層的物相分析結(jié)果；[0040] 圖4為本發(fā)明對比例1中不含過渡層的涂層SEM微觀結(jié)構(gòu)照片。具體實(shí)施方式[0041] 以下通過下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，下述方式僅用于本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。[0042] 本發(fā)明提供一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層，所述的復(fù)合涂層由過渡層和陶瓷涂層組層，過渡層在熱處理爐金屬表面，最外層為陶瓷涂層；[0043] 在一個具體實(shí)施例中，所述的過渡層為含有ZrN和Fe兩種組分，具體為由Zr/Fe混合粉末在含氮反應(yīng)氣氛中通過等離子噴涂形成；[0044] 在一個具體實(shí)施例中，所述的過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為3.5 34.3%，過~渡層中ZrN平均粒徑為40 80nm；在一個具體實(shí)施例中，所述的陶瓷涂層為純ZrN涂層，涂層~

中的ZrN顆粒平均粒徑為50 90nm；

~

[0045] 在一個具體實(shí)施例中，所述的陶瓷涂層和過渡層中的ZrN為等離子噴涂過程中由Zr粉和含氮反應(yīng)氣氛原位自生而成；[0046] 在一個具體實(shí)施例中，所述的過渡層和陶瓷層的厚度分別為100 150μm和100~ ~250μm。

[0047] 在一個具體實(shí)施例中，在上述熱處理爐金屬基體為不銹鋼或碳鋼。[0048] 本發(fā)明還提供了一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：[0049] S1.原料配比：分別稱取陶瓷涂層和過渡層所需的高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；其中Zr粉末和Fe粉末的粒徑為分別為10 25μm和10 25μm，過渡層需要的Zr/Fe混合粉末~ ~中Zr粉末的體積分?jǐn)?shù)為5 45%。

~

[0050] S2.球磨制粉：將步驟S1中稱取的粉末以乙醇為溶劑經(jīng)過濕法球磨，得到陶瓷涂層和過渡層所需納米尺度混合粉末；濕法球磨過程中，球磨參數(shù)為：球磨時間為5 10h，球磨轉(zhuǎn)~速為250 450轉(zhuǎn)/min，球料比為5:1，球磨后陶瓷涂層和過渡層所需粉末的粒徑范圍為50~ ~

100nm。

[0051] S3.噴霧干法制備團(tuán)聚顆粒：將步驟S2中球磨后的納米尺度混合粉末通過噴霧干法制得微米團(tuán)聚顆粒，噴霧燥法的參數(shù)為：環(huán)境溫度為200℃，出口溫度為150℃，噴霧壓力為0.4MPa。再經(jīng)過干燥、篩分后獲得高純Zr團(tuán)聚顆粒和高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒；干燥溫度為120℃，干燥時間為5h，干燥后通過孔徑為5 20μm的網(wǎng)篩，篩選粒徑范圍為5 20μm的團(tuán)~ ~聚顆粒。

[0052] S4.基底表面預(yù)處理：用2000目的細(xì)砂紙打磨熱處理爐金屬表面，再用無水乙醇清洗干凈；[0053] S5.噴涂過渡層：步驟S3獲得的高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S4處理好的熱處理爐金屬表面，噴涂參數(shù)為：電壓為60 120，電流為150 400A，~ ~送粉速率為10 50g/min，噴涂距離為100 150mm，噴涂速率為60 120mm/s，得到ZrN/Fe過~ ~ ~

渡涂層。含氮反應(yīng)氣氛由純度為99.99%氮?dú)夂?9.99%氫氣組成，其中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為

10%，含氮反應(yīng)氣氛總流量為20 100L/min，過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為3.5~ ~

34.3%，過渡層的厚度為100 150μm。

~

[0054] S6.噴涂陶瓷層：將步驟S3獲得的高純Zr團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下噴涂于步驟S5的ZrN/Fe過渡層表面，得到ZrN涂層，噴涂參數(shù)和步驟S5一致，陶瓷層的厚度100 250μ~m。

[0055] S7.電子束熔覆處理：采用電子束熔覆工藝對步驟S6的ZrN涂層進(jìn)行處理，電子束熔覆的參數(shù)為：電壓50 80k，電流為150 250mA，掃描速率為50 90mm/s，真空度為8.6×~ ~ ~?3

10 Pa，處理后進(jìn)一步提高陶瓷涂層的致密度。處理完的復(fù)合涂層熱導(dǎo)率為1.4 3.4W/(mK)~

(25℃)，涂層結(jié)合力為28 38MPa。

~

[0056] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。[0057] 實(shí)施例1[0058] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：[0059] S1.原料配比：分別稱取陶瓷涂層和過渡層所需的高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；其中Zr粉末和Fe粉末的粒徑為分別為12μm和23μm，過渡層需要的Zr/Fe混合粉末中Zr粉末的體積分?jǐn)?shù)為12%。[0060] S2.球磨制粉：將步驟S1中稱取的粉末以乙醇為溶劑經(jīng)過濕法球磨，得到陶瓷涂層和過渡層所需納米尺度混合粉末；濕法球磨過程中，球磨參數(shù)為：球磨時間為5h，球磨轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/min，球料比為5:1，球磨后陶瓷涂層和過渡層所需粉末的粒徑范圍為89nm。[0061] S3.噴霧干法制備團(tuán)聚顆粒：將步驟S2中球磨后的納米尺度混合粉末通過噴霧干法制得微米團(tuán)聚顆粒，噴霧燥法的參數(shù)為：環(huán)境溫度為200℃，出口溫度為150℃，噴霧壓力為0.4MPa。再經(jīng)過干燥、篩分后獲得高純Zr團(tuán)聚顆粒和高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒；干燥溫度為120℃，干燥時間為5h，干燥后通過孔徑為6μm的網(wǎng)篩，篩選粒徑范圍為6μm的團(tuán)聚顆粒。[0062] S4.基底表面預(yù)處理：用2000目的細(xì)砂紙打磨熱處理爐金屬表面，再用無水乙醇清洗干凈；[0063] S5.噴涂過渡層：步驟S3獲得的高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S4處理好的熱處理爐金屬表面，噴涂參數(shù)為：電壓為65，電流為153A，送粉速率為15g/min，噴涂距離為123mm，噴涂速率為68mm/s，得到ZrN/Fe過渡涂層。含氮反應(yīng)氣氛由純度為99.99%氮?dú)夂?9.99%氫氣組成，其中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為10%，含氮反應(yīng)氣氛總流量為30L/min，過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為11%，過渡層的厚度為105μm。[0064] S6.噴涂陶瓷層：將步驟S3獲得的高純Zr團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下噴涂于步驟S5的ZrN/Fe過渡層表面，得到ZrN涂層，噴涂參數(shù)和步驟S5一致，陶瓷層的厚度168μm。[0065] S7.電子束熔覆處理：采用電子束熔覆工藝對步驟S6的ZrN涂層進(jìn)行處理，電子束?3熔覆的參數(shù)為：電壓76k，電流為236mA，掃描速率為56mm/s，真空度為8.6×10 Pa，處理后進(jìn)一步提高陶瓷涂層的致密度。

[0066] 制備得到的原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的熱導(dǎo)率和結(jié)合力性能參數(shù)如表1所示。[0067] 實(shí)施例2[0068] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：[0069] S1.原料配比：分別稱取陶瓷涂層和過渡層所需的高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；其中Zr粉末和Fe粉末的粒徑為分別為20μm和19μm，過渡層需要的Zr/Fe混合粉末中Zr粉末的體積分?jǐn)?shù)為20%。[0070] S2.球磨制粉：將步驟S1中稱取的粉末以乙醇為溶劑經(jīng)過濕法球磨，得到陶瓷涂層和過渡層所需納米尺度混合粉末；濕法球磨過程中，球磨參數(shù)為：球磨時間為8h，球磨轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/min，球料比為5:1，球磨后陶瓷涂層和過渡層所需粉末的粒徑范圍為72nm。[0071] S3.噴霧干法制備團(tuán)聚顆粒：將步驟S2中球磨后的納米尺度混合粉末通過噴霧干法制得微米團(tuán)聚顆粒，噴霧燥法的參數(shù)為：環(huán)境溫度為200℃，出口溫度為150℃，噴霧壓力為0.4MPa。再經(jīng)過干燥、篩分后獲得高純Zr團(tuán)聚顆粒和高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒；干燥溫度為120℃，干燥時間為5h，干燥后通過孔徑為12μm的網(wǎng)篩，篩選粒徑范圍為12μm的團(tuán)聚顆粒。[0072] S4.基底表面預(yù)處理：用2000目的細(xì)砂紙打磨熱處理爐金屬表面，再用無水乙醇清洗干凈；[0073] S5.噴涂過渡層：步驟S3獲得的高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S4處理好的熱處理爐金屬表面，噴涂參數(shù)為：電壓為77，電流為241A，送粉速率為32g/min，噴涂距離為132mm，噴涂速率為72mm/s，得到ZrN/Fe過渡涂層。含氮反應(yīng)氣氛由純度為99.99%氮?dú)夂?9.99%氫氣組成，其中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為10%，含氮反應(yīng)氣氛總流量為42L/min，過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為11%，過渡層的厚度為132μm。[0074] S6.噴涂陶瓷層：將步驟S3獲得的高純Zr團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下噴涂于步驟S5的ZrN/Fe過渡層表面，得到ZrN涂層，噴涂參數(shù)和步驟S5一致，陶瓷層的厚度169μm。[0075] S7.電子束熔覆處理：采用電子束熔覆工藝對步驟S6的ZrN涂層進(jìn)行處理，電子束?3熔覆的參數(shù)為：電壓63k，電流為169mA，掃描速率為62mm/s，真空度為8.6×10 Pa，處理后進(jìn)一步提高陶瓷涂層的致密度。

[0076] 制備得到的原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的熱導(dǎo)率和結(jié)合力性能參數(shù)如表1所示。[0077] 實(shí)施例3[0078] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：[0079] S1.原料配比：分別稱取陶瓷涂層和過渡層所需的高純Zr粉末和高純Zr/Fe混合粉末；其中Zr粉末和Fe粉末的粒徑為分別為24μm和23μm，過渡層需要的Zr/Fe混合粉末中Zr粉末的體積分?jǐn)?shù)為28%。[0080] S2.球磨制粉：將步驟S1中稱取的粉末以乙醇為溶劑經(jīng)過濕法球磨，得到陶瓷涂層和過渡層所需納米尺度混合粉末；濕法球磨過程中，球磨參數(shù)為：球磨時間為9h，球磨轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/min，球料比為5:1，球磨后陶瓷涂層和過渡層所需粉末的粒徑范圍為56nm。[0081] S3.噴霧干法制備團(tuán)聚顆粒：將步驟S2中球磨后的納米尺度混合粉末通過噴霧干法制得微米團(tuán)聚顆粒，噴霧燥法的參數(shù)為：環(huán)境溫度為200℃，出口溫度為150℃，噴霧壓力為0.4MPa。再經(jīng)過干燥、篩分后獲得高純Zr團(tuán)聚顆粒和高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒；干燥溫度為120℃，干燥時間為5h，干燥后通過孔徑為18μm的網(wǎng)篩，篩選粒徑范圍為18μm的團(tuán)聚顆粒。[0082] S4.基底表面預(yù)處理：用2000目的細(xì)砂紙打磨熱處理爐金屬表面，再用無水乙醇清洗干凈；[0083] S5.噴涂過渡層：步驟S3獲得的高純Zr/Fe混合團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下等離子噴涂于步驟S4處理好的熱處理爐金屬表面，噴涂參數(shù)為：電壓為98，電流為284A，送粉速率為24g/min，噴涂距離為126mm，噴涂速率為83mm/s，得到ZrN/Fe過渡涂層。含氮反應(yīng)氣氛由純度為99.99%氮?dú)夂?9.99%氫氣組成，其中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為10%，含氮反應(yīng)氣氛總流量為45L/min，過渡層中ZrN陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為27%，過渡層的厚度為143μm。[0084] S6.噴涂陶瓷層：將步驟S3獲得的高純Zr團(tuán)聚顆粒在含氮反應(yīng)氣氛下噴涂于步驟S5的ZrN/Fe過渡層表面，得到ZrN涂層，噴涂參數(shù)和步驟S5一致，陶瓷層的厚度195μm。[0085] S7.電子束熔覆處理：采用電子束熔覆工藝對步驟S6的ZrN涂層進(jìn)行處理，電子束?3熔覆的參數(shù)為：電壓57k，電流為241mA，掃描速率為72mm/s，真空度為8.6×10 Pa，處理后進(jìn)一步提高陶瓷涂層的致密度。

[0086] 制備得到的原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的熱導(dǎo)率和結(jié)合力性能參數(shù)如表1所示。[0087] 對比例1[0088] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，步驟與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于，沒有步驟S5過渡層的制備。[0089] 對比例2[0090] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，步驟與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于，沒有步驟S6陶瓷層的制備。[0091] 對比例3[0092] 一種原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法，步驟與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于，步驟S6陶瓷層的厚度為352μm。[0093] 將實(shí)施例1 3和對比例1 3制得的原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層進(jìn)行熱導(dǎo)~ ~率和結(jié)合力測試，涂層熱導(dǎo)率測試參考GB/T10294標(biāo)準(zhǔn)；涂層結(jié)合力參考GB/T8542?2002標(biāo)準(zhǔn)，將實(shí)施例和對比例參數(shù)列于下表1：

[0094] 表1[0095][0096] 實(shí)施例2與實(shí)施例1相比，步驟S5和S6制備的過渡層和陶瓷層的厚度進(jìn)一步增加，因此熱導(dǎo)率降低，隔熱效果更好。[0097] 實(shí)施例3與實(shí)施例1相比，步驟S5和S6制備的過渡層和陶瓷層的厚度進(jìn)一步增加，陶瓷顆粒含量進(jìn)一步增加，因此熱導(dǎo)率降低，隔熱效果更好。[0098] 對比例1與實(shí)施例1相比，步驟S5沒有制備過渡層，因此陶瓷涂層和基底之間由于熱失配產(chǎn)生的應(yīng)力，導(dǎo)致涂層和基底的結(jié)合力很差。[0099] 對比例2與實(shí)施例1相比，步驟S6沒有制備陶瓷層，因此隔熱性能也相應(yīng)的降低。[0100] 對比例3與實(shí)施例1相比，步驟S6制備的陶瓷層厚度為352μm，過厚的陶瓷層雖然起到了很好的隔熱效果，但是過厚的陶瓷層會降低復(fù)合涂層整體的熱膨脹系數(shù)，因此復(fù)合涂層和基底之間的熱應(yīng)力并不能有效緩解，因此結(jié)合能力進(jìn)一步降低。[0101] 圖1為本發(fā)明原位合成真空熱處理爐隔熱復(fù)合涂層的制備方法流程示意圖；[0102] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合涂層截面照片；可以明顯看見復(fù)合涂層由陶瓷層和過渡層雙層結(jié)構(gòu)組成，且過渡層和陶瓷層的層厚較為均勻，且各層之間結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)分層，層間結(jié)合好，因此證明了該復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)優(yōu)異。[0103] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合涂層的物相分析結(jié)果，結(jié)果表明含有物相ZrN和Fe；沒有其他物相和雜質(zhì)，證明ZrN可以在制備過程中原位生成。

[0104] 圖4為本發(fā)明對比例1中不含過渡層的涂層截面照片；當(dāng)不含過渡層時，陶瓷層和金屬基底之間熱應(yīng)力不能有效釋放，因此結(jié)合力較差。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：凡是在本發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。