本申請(qǐng)涉及海上艦船的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件及其制備方法。

背景技術(shù)：

海上艦船采用大量不同材質(zhì)的金屬，不同金屬之間的電位差如果超過(guò)0.1mV，兩者之間將發(fā)生電偶腐蝕，電位差越大則電偶腐蝕越嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅艦船的使用壽命。另外，電偶腐蝕會(huì)產(chǎn)生電流和磁場(chǎng)，干擾無(wú)線電信號(hào)的正常傳輸。因此，海水管路的電絕緣是一個(gè)亟待解決的難題。

常規(guī)的電絕緣涂層是氧化鋁基的陶瓷涂層和各種樹(shù)脂涂層。

例如，目前的一種電絕緣涂層的材料為Al2O3基，其中含有TiO2為20～50wt％，用等離子噴涂方法制備，涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度≥10Mpa，表面粗糙度Ra≤3.2μm。該電絕緣涂層具有良好的電絕緣性。但是，在制備和使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在如下嚴(yán)重不足：(1)Al2O3基材料的斷裂韌性很低(≤1.2MPa·m1/2)，在后續(xù)加工和安裝過(guò)程中的輕微撞擊即產(chǎn)生裂紋或脫落；(2)等離子噴涂制備的涂層往往包含較高的孔隙率，浸泡海水后，海水很快通過(guò)這些孔隙滲透到金屬基體，金屬基體被腐蝕，而且電絕緣涂層因海水的滲透成了導(dǎo)電體，失去了電絕緣性；(3)等離子噴涂方法制備的陶瓷涂層，陶瓷涂層的表面粗糙度Ra一般在5μm以上。為了降低陶瓷涂層表面粗糙度至3.2μm以下，需要用車床將陶瓷涂層表面磨削，這樣很容易將陶瓷涂層刮傷甚至產(chǎn)生裂紋或脫落，產(chǎn)品的成品率很低。

再例如，目前的一種電絕緣涂層，利用靜電噴涂燒結(jié)方法，將聚醚醚酮基粉末沉積于法蘭的對(duì)接面和部分管段內(nèi)，距離焊接部位間隔一定距離，在其表面形成平整可靠的0.3～0.5μm厚的絕緣涂層，涂層吸水率低，隔絕效果好。

再例如，目前的一種電絕緣涂層，由高結(jié)合強(qiáng)度絕緣涂料和涂料固化劑兩組份組成，涂層與鈦合金基材的結(jié)合強(qiáng)度≥13MPa。專利“一種絕緣涂料組合物”所公布的電絕緣涂料，包含2,6-二鹵苯甲腈-4,4′-二鹵二苯酮-酚酞三元共聚物、溶劑、粘附性能促進(jìn)劑、流平劑和消泡劑，該絕緣涂料組合物具有突出的耐熱性，可用作對(duì)耐熱性要求較高的絕緣產(chǎn)品的外層防護(hù)涂料。

從上面的電絕緣涂層可知，所有單一樹(shù)脂類的涂層都存在共同的不足，即樹(shù)脂類涂層與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度都比較低、不抗撞擊、老化等問(wèn)題，無(wú)法滿足海上艦船10～30年的壽命要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明了提供了一種船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件及其制備方法，以解決樹(shù)脂類涂層與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度導(dǎo)致的艦船的使用壽命短的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明能夠提高艦船的絕緣防護(hù)技術(shù)和強(qiáng)度，進(jìn)而延長(zhǎng)艦船的使用壽命。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件，包括：金屬基體和涂覆在所述金屬基體的所有外表面的所述稀土陶瓷電絕緣涂層。金屬基體例如法蘭、管道、各連接結(jié)構(gòu)件等等。

其中，所述稀土陶瓷電絕緣涂層包括稀土陶瓷涂層和封孔涂層；所述稀土陶瓷涂層為氧化釔穩(wěn)定化的氧化鋯YSZ層或鋯酸鑭LZ層；其中，所述YSZ層包括：三氧化二釔Y₂O₃和二氧化鋯ZrO₂；所述LZ層包括：氧化鑭La₂O₃和二氧化鋯ZrO₂；所述封孔涂層具體為聚脲或氟碳涂料；

其中，所述稀土陶瓷涂層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，所述封孔涂層的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。

優(yōu)選的，在所述YSZ層中，Y₂O₃的質(zhì)量百分比為：3％-12％，其余為ZrO₂。

優(yōu)選的，所述LZ層中，La₂O₃的質(zhì)量百分比為：40％-60％，其余為ZrO₂。

優(yōu)選的，所述稀土陶瓷涂層與所述金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，所述稀土陶瓷涂層與所述封孔涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa；所述稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開(kāi)了一種船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件的制備方法，所述方法包括：

將需要電絕緣的金屬基體表面噴砂粗化，砂粒的粒度0.42～0.85mm；

在所述金屬基體的所有表面用等離子噴涂方法制備所述稀土陶瓷涂層，所述稀土陶瓷涂層的厚度為0.03～0.5mm；

在所述稀土陶瓷涂層的表面涂覆封孔涂層，封孔涂層的厚度為0.03～0.1mm。

優(yōu)選的，所述在所述金屬基體的所有表面用等離子噴涂方法制備所述稀土陶瓷涂層，所述稀土陶瓷涂層的厚度為0.03～0.5mm，包括：

用等離子噴涂的方法在所述金屬基體的端面噴涂0.03～0.5mm厚的YSZ層，所述YSZ層中，Y₂O₃的質(zhì)量百分比為3％-12％，其余為ZrO₂。

優(yōu)選的，所述在所述金屬基體的所有表面用等離子噴涂方法制備所述稀土陶瓷涂層，所述稀土陶瓷涂層的厚度為0.03～0.5mm，包括：

用等離子噴涂的方法在所述金屬基體的端面噴涂0.03～0.5mm厚的LZ層，所述LZ層中，La₂O₃的質(zhì)量百分比為：40％-60％，其余為ZrO₂。

通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果或者優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明公開(kāi)了船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件，包括：金屬基體和涂覆在金屬基體的所有外表面的稀土陶瓷電絕緣涂層；其中，稀土陶瓷電絕緣涂層包括稀土陶瓷涂層和封孔涂層；稀土陶瓷涂層為YSZ層或LZ層；其中，YSZ層包括：Y₂O₃和ZrO₂；LZ層包括：La₂O₃和ZrO₂；封孔涂層具體為聚脲或氟碳。其中，稀土陶瓷涂層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，封孔涂層的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。本發(fā)明利用稀土陶瓷的斷裂韌性和電絕緣性，封孔涂層的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂層的表面涂覆聚脲或氟碳，形成結(jié)合強(qiáng)度大、抗撞擊和電絕緣性能優(yōu)異的電絕緣涂層，滿足海上艦船和潛艇對(duì)通海管路金屬部件長(zhǎng)期使用的要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中稀土陶瓷電絕緣涂層的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中稀土陶瓷電絕緣涂層的實(shí)際外觀圖。

具體實(shí)施方式

為了使本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員更清楚地理解本申請(qǐng)，下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案作詳細(xì)描述。

本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件及其制備方法。稀土陶瓷電絕緣涂層的基本設(shè)計(jì)思想是，利用稀土陶瓷的很高的斷裂韌性和電絕緣性以及聚脲或氟碳涂料優(yōu)秀的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂層的表面涂覆聚脲或氟碳涂料，形成結(jié)合強(qiáng)度大、抗撞擊和電絕緣性能優(yōu)異的電絕緣涂層，滿足海上艦船和潛艇對(duì)通海管路金屬部件長(zhǎng)期使用的要求。

下面先介紹一種船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件，該金屬部件主要用于船舶作用，且該涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層也主要針對(duì)船舶設(shè)計(jì)。包括：金屬基體和涂覆在所述金屬基體的所有外表面的所述稀土陶瓷電絕緣涂層；

其中，所述稀土陶瓷電絕緣涂層包括稀土陶瓷涂層和封孔涂層；所述稀土陶瓷涂層為氧化釔穩(wěn)定化的氧化鋯YSZ層(即：Y₂O₃-ZrO₂)或鋯酸鑭LZ層(La₂Zr₂O₇)；其中，所述YSZ層包括：三氧化二釔Y₂O₃和二氧化鋯ZrO₂；所述LZ層包括：氧化鑭La₂O₃和二氧化鋯ZrO₂；所述封孔涂層具體為聚脲或氟碳涂料。

其中，所述稀土陶瓷涂層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，所述封孔涂層的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。

作為一種可選的實(shí)施例，在所述YSZ層中，Y₂O₃的質(zhì)量百分比為：3％-12％，其余為ZrO₂。

作為一種可選的實(shí)施例，所述LZ層中，La₂O₃的質(zhì)量百分比為：40％-60％，其余為ZrO₂。

從上述描述可知，本發(fā)明稀土陶瓷涂層和封孔涂層的結(jié)合有四種情況：

YSZ層+聚脲。

在此種結(jié)合中，YSZ層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，聚脲的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。YSZ層中，Y₂O₃的質(zhì)量百分比為：3％-12％，其余為ZrO₂。

YSZ層+氟碳。

在此種結(jié)合中，YSZ層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，氟碳的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。YSZ層中，Y₂O₃的質(zhì)量百分比為：3％-12％，其余為ZrO₂。

LZ層+聚脲。

在此種結(jié)合中，LZ層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，聚脲的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。La₂O₃的質(zhì)量百分比為：40％-60％，其余為ZrO₂。

LZ層+氟碳。

在此種結(jié)合中，LZ層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，氟碳的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。La₂O₃的質(zhì)量百分比為：40％-60％，其余為ZrO₂。

本發(fā)明的船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件，所述稀土陶瓷涂層與所述金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，所述稀土陶瓷涂層與所述封孔涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa；所述稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。

本發(fā)明中，稀土陶瓷電絕緣涂層即具備稀土陶瓷涂層的抗撞擊和電絕緣性能，又具備樹(shù)脂涂層優(yōu)秀的密封性，在海上艦船和潛艇通海管路金屬部件的腐蝕與防護(hù)方面有廣泛的應(yīng)用。

船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件的制備方法如下：

將需要電絕緣的金屬基體表面噴砂粗化，砂粒的粒度0.42～0.85mm；

在所述金屬基體的所有表面用等離子噴涂方法制備所述稀土陶瓷涂層，所述稀土陶瓷涂層的厚度為0.03～0.5mm；由于所述稀土陶瓷涂層為高溫超導(dǎo)薄膜的單晶基片YSZ層或LZ層；故而，在具體的實(shí)施過(guò)程中，可用等離子噴涂的方法在所述金屬基體的端面噴涂0.03～0.5mm厚的YSZ層，所述YSZ層中，Y₂O₃的質(zhì)量百分比為3％-12％，其余為ZrO₂?；蛘哂玫入x子噴涂的方法在所述金屬基體的端面噴涂0.03～0.5mm厚的LZ層，所述LZ層中，La₂O₃的質(zhì)量百分比為：40％-60％，其余為ZrO₂。

在所述稀土陶瓷涂層的表面涂覆封孔涂層，封孔涂層的厚度為0.03～0.1mm。

下面請(qǐng)看具體實(shí)施例。

實(shí)施例1：將金屬基體端面用粒度0.42～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在金屬基體端面噴涂0.03mm厚的YSZ層(Y₂O₃的質(zhì)量百分比為3％，其余為ZrO₂)；在YSZ層的表面涂覆0.03mm厚的聚脲作為封孔層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的外觀見(jiàn)圖2，其電阻≥700MΩ。其中YSZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，YSZ層與聚脲層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。經(jīng)過(guò)11MPa、48小時(shí)的水壓，稀土陶瓷電絕緣涂層沒(méi)有發(fā)生任何滲水現(xiàn)象。

實(shí)施例2：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在金屬基體端面噴涂0.5mm厚的YSZ層(Y₂O₃的質(zhì)量百分比為12％，其余為ZrO₂)；在YSZ層的表面涂覆0.1mm厚的氟碳涂料作為封孔層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中YSZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，YSZ層與氟碳涂料層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例3：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用大氣等離子噴涂的方法在端面噴涂0.3mm厚的YSZ層(Y₂O₃的質(zhì)量百分比為6％，其余為ZrO₂)；在YSZ層的表面涂覆0.05mm厚的氟碳涂料作為封孔層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中YSZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，YSZ層與氟碳涂料層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例4：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在端面噴涂0.1mm厚的YSZ層(Y₂O₃的質(zhì)量百分比為9％，其余為ZrO₂)；在YSZ層的表面涂覆0.08mm厚的聚脲作為封孔涂層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中YSZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，YSZ層與聚脲層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例5：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在金屬基體端面噴涂0.03mm厚的LZ層(La₂O₃的質(zhì)量百分比為40％，其余為ZrO₂)；在LZ層的表面涂覆0.03mm厚的聚脲作為封孔層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中LZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，LZ層與聚脲層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例6：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在金屬基體端面噴涂0.5mm厚的LZ層(La₂O₃的質(zhì)量百分比為60％，其余為ZrO₂)；在LZ層的表面涂覆0.1mm厚的聚脲作為封孔層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中LZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，LZ層與聚脲層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例7：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在金屬基體端面噴涂0.3mm厚的LZ層(La₂O₃的質(zhì)量百分比為50％，其余為ZrO₂)；在LZ層的表面涂覆0.05mm厚的聚脲作為封孔層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中LZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，LZ層與聚脲層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例8：將金屬基體端面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化，然后用等離子噴涂的方法在端面噴涂0.1mm厚的LZ層(La₂O₃的質(zhì)量百分比為45％，其余為ZrO₂)；在LZ層的表面涂覆0.08mm厚的氟碳涂料作為封孔涂層，所制備的稀土陶瓷電絕緣涂層的電阻≥700MΩ。其中LZ層與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度≥20MPa，LZ層與氟碳涂料層之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明具有以下有益效果或者優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明公開(kāi)了船舶用涂覆稀土陶瓷電絕緣涂層的金屬部件，包括：金屬基體和涂覆在所述金屬基體的所有外表面的所述稀土陶瓷電絕緣涂層；其中，所述稀土陶瓷電絕緣涂層包括稀土陶瓷涂層和封孔涂層；所述稀土陶瓷涂層為高溫超導(dǎo)薄膜的單晶基片YSZ層或LZ層；其中，所述YSZ層包括：三氧化二釔Y₂O₃和二氧化鋯ZrO₂；所述LZ層包括：氧化鑭La₂O₃和二氧化鋯ZrO₂；所述封孔涂層具體為聚脲或氟碳涂料。其中，所述稀土陶瓷涂層的涂覆厚度為：0.03-0.5mm，所述封孔涂層的涂覆厚度為：0.03-0.1mm。本發(fā)明利用稀土陶瓷的很高的斷裂韌性和電絕緣性以及封孔涂層優(yōu)秀的耐候性和密封性，在稀土陶瓷涂層的表面涂覆聚脲或氟碳涂料，形成結(jié)合強(qiáng)度大、抗撞擊和電絕緣性能優(yōu)異的電絕緣涂層，滿足海上艦船和潛艇對(duì)通海管路金屬部件長(zhǎng)期使用的要求。

盡管已描述了本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本申請(qǐng)范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍。這樣，倘若本申請(qǐng)的這些修改和變型屬于本申請(qǐng)權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請(qǐng)也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。