本發(fā)明涉及陶瓷涂層的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法。

背景技術(shù)：

tio2是一種高效的新型光催化劑，在能源和環(huán)境領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。在太陽能光催化中tio2往往以涂層形式進(jìn)行應(yīng)用。tio2陶瓷涂層的制備方法有很多，最常用的有溶膠-凝膠法(中國專利申請cn201010550359.8和cn201110166005.8)和膠黏法(中國專利申請cn201410236528.9)。然而，這兩種方法都存在涂層與基體結(jié)合力差的問題，后續(xù)的熱處理能引起tio2粉末組織結(jié)構(gòu)的變化，從而降低光催化性能。因此，將tio2粉末的光催化性能保留下來并移植到涂層中就顯得至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的熱噴涂技術(shù)，如：火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂等，由于噴涂時溫度偏高，粉末顆?；蚓€材需要被加熱到熔化狀態(tài)，不可避免地使噴涂材料在噴涂的過程中發(fā)生相變、化學(xué)反應(yīng)及輻射等現(xiàn)象，極大降低了涂層的光催化性能，因此也不適宜用來制備tio2陶瓷涂層。

冷氣動力噴涂的特點(diǎn)是噴涂顆粒速度高和溫度低，發(fā)生相變的驅(qū)動力較小，固體粒子晶粒不易長大，氧化現(xiàn)象很難發(fā)生，可以最大限度的將噴涂粉末的性質(zhì)保留在涂層中，因而適合于噴涂溫度敏感材料如納米相材料，為新型光催化tio2陶瓷涂層的制備帶來了希望。

然而，使用冷噴涂技術(shù)制備tio2陶瓷涂層時，使用的tio2陶瓷粉末的性質(zhì)是至關(guān)重要的。普通的納米tio2粉末是不適合用于冷噴涂制備涂層，這是由于冷噴涂的高壓高速氣流會在基體表面形成弓激波阻礙納米粉體的沉積；而tio2的顆粒度偏大時，又會對基體形成沖蝕，很難形成涂層。目前，還沒有關(guān)于適宜于冷噴涂用的tio2陶瓷粉末的報道。只有用氦氣或氮?dú)庾鲚d氣才能制備出tio2涂層，成本偏高。如何使用低成本的壓縮空氣，作為載氣制備高質(zhì)量的tio2陶瓷涂層是 亟需攻克的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法，解決當(dāng)前沒有適宜于冷噴涂或熱噴涂的、可用來制備厚涂層的tio2陶瓷粉末的問題，開辟一種新的制備tio2陶瓷涂層的有效途徑，以期早日獲得實(shí)際應(yīng)用。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法，包括下述步驟：

第一步，tio2陶瓷粉末的前處理

將tio2納米粉末、硫酸銨粉末與去離子水按質(zhì)量比20～50:1～3:50～100混料進(jìn)行水熱處理，清洗去除硫酸根粒離子，干燥后得到由納米粉團(tuán)聚的微米級tio2陶瓷粉末；

第二步，冷噴涂制備tio2陶瓷涂層

將第一步得到的tio2陶瓷粉末經(jīng)預(yù)熱后冷噴涂在基體材料表面，所述的預(yù)熱溫度為200～600℃；

冷噴涂工藝條件為：使用壓縮空氣為工作氣體，工作氣體溫度為200～600℃，氣體壓力為1.5～2.5mpa，噴涂距離為10～30mm。

所述的冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法，tio2粉末的前處理使用的是水熱處理，其處理溫度為110～170℃，處理時間為1～5h。

所述的冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法，tio2陶瓷粉末是由納米粉團(tuán)聚成的微米級粉末，其一次粒徑為50～200nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為20～50μm。

所述的冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法，tio2陶瓷涂層孔隙率低于2％，界面結(jié)合強(qiáng)度為10～20mpa，涂層厚度為10～400μm。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

1、本發(fā)明一改通常需要使用高成本的氮?dú)饣蚝庾鳛楣ぷ鳉怏w，以及往往需要添加金屬填料才能制備厚的陶瓷涂層的慣常做法，借助水熱處理技術(shù)得到由納米粉團(tuán)聚成的微米級tio2粉體，僅僅使用低成本的壓縮空氣為載氣就能制備厚度為10～400μm的tio2陶瓷涂層。該方法沉積效率高，可根據(jù)實(shí)際使用情況隨意調(diào)節(jié)tio2陶瓷涂層的厚度，可以用來制備厚的tio2陶瓷涂層。

2、本發(fā)明工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為不同制備工藝條件下獲得的tio2陶瓷粉末的x射線衍射圖譜。其中，tio2納米粉的用量為10g，去離子水的用量為90g，硫酸銨粉末的用量為：(a)0g，(b)1g，(c)2g，(d)3g。圖中，橫坐標(biāo)2-theta為衍射角(degree)；縱坐標(biāo)intensity為強(qiáng)度(a.u.)。

圖2為不同制備工藝條件下獲得的tio2陶瓷粉末的掃描電鏡照片。其中，tio2納米粉的用量為10g，去離子水的用量為90g，硫酸銨粉末的用量為：(a)0g，(b)2g。

圖3為tio2陶瓷粉末的透射電鏡照片。其中，tio2納米粉的用量為10g，去離子水的用量為90g，硫酸銨粉末的用量2g。(a)低倍，(b)高倍。

圖4為不同制備工藝條件下獲得的tio2陶瓷涂層的截面掃描電鏡圖片。其中，tio2納米粉的用量為10g，去離子水的用量為90g，硫酸銨粉末的用量為：(a)0g，(b)1g，(c)2g，(d)3g；冷噴涂工藝參數(shù)為：載氣溫度500℃，載氣壓力1.8mpa，噴涂距離20mm，使用壓縮空氣為載氣。

具體實(shí)施方式

在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明將tio2納米粉末、硫酸銨粉末與去離子水按照質(zhì)量比20～50:1～3:50～100混料進(jìn)行水熱處理，清洗去除硫酸根粒離子后干燥得到由納米粉團(tuán)聚的微米級tio2陶瓷粉末，使用冷噴涂將該粉末噴涂到基體表面得到tio2陶瓷涂層；冷噴涂的條件為：使用壓縮空氣為工作氣體，工作氣體溫度為200～600℃，氣體壓力為1.5～2.5mpa，噴涂距離為10～30mm。

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，在以發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出詳細(xì)的實(shí)施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法具體步驟如下：

(1)將tio2納米粉末、硫酸銨粉末與去離子水按照質(zhì)量比50:3:100混料，在150℃下進(jìn)行水熱處理2h，清洗去除硫酸根粒離子，干燥后得到由納米粉團(tuán)聚的微米級tio2陶瓷粉末；tio2陶瓷粉末是由納米粉團(tuán)聚成的微米級粉末，其一次粒徑為100～150nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為30～40μm。

(2)將得到的tio2陶瓷粉末經(jīng)冷噴涂沉積到基體材料表面，冷噴涂工藝條件為：使用壓縮空氣為工作氣體，工作氣體溫度為400℃，氣體壓力為1.8mpa， 噴涂距離為20mm，噴涂道次20道。

(3)所得tio2陶瓷涂層的厚度為80μm，孔隙率為1.6％，界面結(jié)合強(qiáng)度15mpa。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法具體步驟如下：

(1)將tio2納米粉末、硫酸銨粉末與去離子水按照質(zhì)量比30:1:90混料，在120℃下進(jìn)行水熱處理3h，清洗去除硫酸根粒離子，干燥后得到由納米粉團(tuán)聚的微米級tio2陶瓷粉末；tio2陶瓷粉末是由納米粉團(tuán)聚成的微米級粉末，其一次粒徑為50～80nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為20～30μm。

(2)將得到的tio2陶瓷粉末經(jīng)冷噴涂沉積到基體材料表面，冷噴涂工藝條件為：使用壓縮空氣為工作氣體，工作氣體溫度為500℃，氣體壓力為2mpa，噴涂距離為15mm，噴涂道次30道。

(3)所得tio2陶瓷涂層的厚度為100μm，孔隙率為1.4％，界面結(jié)合強(qiáng)度17mpa。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，冷噴涂制備光催化二氧化鈦陶瓷涂層的方法具體步驟如下：

(1)將tio2納米粉末、硫酸銨粉末與去離子水按照質(zhì)量比80:3:100混料，在160℃下進(jìn)行水熱處理4h，清洗去除硫酸根粒離子，干燥后得到由納米粉團(tuán)聚的微米級tio2陶瓷粉末；tio2陶瓷粉末是由納米粉團(tuán)聚成的微米級粉末，其一次粒徑為160～200nm，團(tuán)聚后的二次粒徑為40～50μm。

(2)將得到的tio2陶瓷粉末經(jīng)冷噴涂沉積到基體材料表面，冷噴涂工藝條件為：使用壓縮空氣為工作氣體，工作氣體溫度為600℃，氣體壓力為2.2mpa，噴涂距離為218mm，噴涂道次30道。

(3)所得tio2陶瓷涂層的厚度為200μm，孔隙率為1.2％，界面結(jié)合強(qiáng)度16mpa。

從圖1可以看到，粉末的前處理工藝獲得的是以銳鈦礦(anatase)為主的tio2陶瓷粉末，隨著硫酸銨用量的增加，粉末的晶化程度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)硫酸銨用量為2g時tio2陶瓷粉末的晶化程度最高。

從圖2可以看到，在粉末的前處理工藝中若不適用硫酸銨僅得到微米級的大顆粒，使用硫酸銨后得到由納米粉團(tuán)聚成的微米粉，該種粉末有助于保持納米粉體 的優(yōu)勢并適宜于噴涂。

從圖3可以看到，納米tio2陶瓷粉末經(jīng)前處理后隨團(tuán)聚為微米級陶瓷粉末，但仍保留了納米粉體的特性，其晶粒尺寸在5nm左右。

從圖4可以看到，相同的基材和噴涂條件下、使用不同前處理工藝得到的tio2陶瓷粉末得到不同厚度的涂層，涂層的厚度約為：(a)200μm，(b)20μm，(c)50μm，(d)40μm。