一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法

摘要

本发明公开了一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法，目的在于解决现有的微晶玻璃涂层为单层，涂层与钢基体两者之间的各项物性参数差异较大，在制备过程中，易产生较大的热应力，导致涂层与钢基体之间的结合强度不高的问题，该复合板材包括金属基体、过渡层、增韧层，所述过渡层位于金属基体与增韧层之间。本发明的复合板材既能发挥普通碳素结构钢塑性、焊接性能好的特点，通过梯度结构又能大幅提高该复合板材的硬度和韧性。本发明制备的复合板材具有优异的性能，能够满足煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等对于材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高的场合，具有较好的应用前景。

权利要求

1.一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材，其特征在于，包括金属基体、过渡层、增韧层，所述过渡层位于金属基体与增韧层之间；

-6 -6

所述金属基体的热膨胀系数为11×10 /℃~13×10 /℃；

所述过渡层由基础玻璃制备而成；

所述增韧层由基础玻璃和增强剂制备而成，所述增强剂占增韧层体积的2%-35%；

所述基础玻璃包括如下摩尔百分比的组分：14.5%~20%Li2O，8.5%~12%ZnO，

6.5%~11%Al2O3，36%~42%SiO2，1.2%P2O5，13.5%B2O3，5%~7%Na2O；

所述增强剂为3Y-TZP陶瓷颗粒或TiN陶瓷颗粒；

所述增韧层由里至表热膨胀系数递减。

2.根据权利要求1所述的LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材，其特征在于，所述过渡层的厚度为0.15mm ~0.25mm。

3.根据权利要求1所述的LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材，其特征在于，所述增韧层为四层，增韧层沿金属基体至过渡层的方向，依次为第一层增韧层至第四层增韧层；第一层增韧层中，增强剂占第一层增韧层的体积百分比为5%；第二层增韧层中，增强剂占第二层增韧层的体积百分比为10%；第三层增韧层中，增强剂占第三层增韧层的体积百分比为

15%；第四层增韧层中，增强剂占第四层增韧层的体积百分比为20%。

4.根据权利要求3所述的LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备基础玻璃：按配比称取组分，将称取的组分置于马弗炉中，加热熔制成玻璃液，保温后经水淬，得基础玻璃渣料，将基础玻璃渣料磨成基础玻璃粉末，备用；

（2）预处理金属基体：将金属基体表面清理干净，备用；

（3）制备过渡层：取部分基础玻璃粉末，加入有机溶剂，搅拌均匀，得过渡层浆料，将过渡层浆料涂敷于经预处理后的金属基体表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行升温至430℃~470℃，保温40min~80min，然后再以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行升温，至730℃~770℃，保温5min~20min，得初坯；

（4）制备增韧层：按配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于基材表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行升温至430℃~470℃，保温40min~80min，然后再以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行二次升温，保温

5min~20min，重复步骤（4），即得产品；

所述步骤（4）中，制备含四层增韧层的复合板材，第一次以初坯作为基材，二次升温至

730℃~770℃，制备第2~4层增韧层时，重复步骤（4），以含有前一层增韧层的板材作为基材，二次升温的温度较含有前一层增韧层的板材二次升温的温度高5℃~15℃。

5.根据权利要求4所述的LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）制备增韧层中：按第一层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至770℃，保温10min，得含第一层增韧层的复合板材；

按第二层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至775℃，保温10min，得含第二层增韧层的复合板材；

按第三层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至790℃，保温10min，得含第三层增韧层的复合板材；

按第四层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至795℃，保温10min，得含第四层增韧层的复合板材，即得产品。

6.根据权利要求4所述的LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，取部分基础玻璃粉末，加入有机溶剂 ，搅拌均匀，得过渡层浆料，将过渡层浆料涂敷于经预处理后的金属基体表面，并置于烘箱内，在40℃-80℃烘干1.5-3h，再在110℃-130℃烘干0.5-2h，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行升温，至

750℃，保温10min，得初坯。

7.根据权利要求4-6任一项所述的LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，按配比称取组分，将称取的组分置于马弗炉中，加热至

1350℃~1450℃熔制成玻璃液，保温60min~120min后，倒入水中进行水淬，得基础玻璃渣料，将基础玻璃渣料磨成基础玻璃粉末，过170-325目筛，备用。

说明书

一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料领域，尤其是微晶玻璃领域，具体为一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法。

背景技术

[0002] 普通碳素结构钢具有焊接性能好、价格低廉的特点，因而在国民经济各行业内中，得到了广泛的应用。然而，这类钢材中由于含碳量低，因而其主要用于制造承受静载荷的各种金属构件及不需要热处理的机械零件和一般焊接件。

[0003] 在煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等场合，对于材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高，普通碳素结构钢无法满足这些场合的使用要求。微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化行为，而获得的一类微晶体和玻璃相均匀分布的材料。微晶玻璃的显著特征之一是其具有的极细的晶粒尺寸，这一特征在很大程度上决定了其有利于用于涂层的特殊性质：通过改变微晶玻璃的成分和热处理制度，可调整其热膨胀系数和软化温度，从而使微晶玻璃达到较高的强度和硬度。但微晶玻璃属于脆性材料，其韧性较低，尤其是在冲蚀条件下，其磨损比较严重。

[0004] 中国专利CN02290361.5公开了一种微晶玻璃涂层金属板材，该专利申请中，以0.05-12.0mm厚的金属板作为基板，该技术金属板可以是钢板、铸铁板、铝合金板，在金属基板的表面，涂覆一层无色透明的或彩色的微晶玻璃保护层，其厚度为100-500μm。然而，其采用的微晶玻璃涂层为单层，同时微晶玻璃涂层未作增韧处理，该涂层主要以满足耐蚀和装饰为目的，强度和韧性较弱，不适于冲蚀磨损条件或工况，难以满足煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等对于材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高的场合。

[0005] 申请人为北京盛康宁科技开发有限公司，申请号为CN00109603.6的中国专利公开了陶瓷－微晶玻璃梯度复合板材及生产工艺方法。该专利申请中，利用普通陶瓷原料制成陶瓷坯体，将可结晶玻璃碎渣、陶瓷粉末分级分步布料，均匀覆盖于陶瓷坯体上，经过一次加热烧结，得到陶瓷－微晶玻璃梯度复合材料。这种材料的特征在于其是一种梯度复合材料，即由从下至上结合为一体的陶瓷粉制成的底层，陶瓷粉和微晶玻璃渣料混合制成的中间过渡层和微晶玻璃渣料制成的表层。该材料的基体为陶瓷坯体，强度较低，同时不具有韧性，该材料属于建筑材料，不适于冲蚀磨损条件或工况。同时，该材料也为对涂层进行增韧处理，难以满足对材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高的场合。

[0006] 中国专利CN201020044827.X公开了一种微晶玻璃梯度复合涂层金属板材，该板材以金属板作为基板，在基板表面涂覆一层具有较强结合强度的彩色保护层。该保护层包含底层、过渡层及工作层，底层采用金属层，过渡层采用金属与微晶玻璃混合的复合层，工作层采用微晶玻璃层，该保护层的厚度为150～300μm。该涂层采用热喷涂方法，先在金属基板表面喷涂一层金属层作为底层，再在底层上喷涂一层金属与微晶玻璃的复合层作为过渡层，最后喷涂一层微晶玻璃层作为工作层。涂层制备后再经过热处理，即可整合涂层。该涂层的制备工艺复杂，生产成本较高，主要用于建筑装饰材料领域，强度较低。同时，该涂层也未经表层增韧，也主要起装饰作用，也不能用于煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等耐腐蚀、强度和韧性要求较高的领域。

[0007] 文献《Preparation of Glass-Ceramics of Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2 System Coating Toughed by ZrO2 Basic on Metal Substrate》曾提出了一种金属基微晶玻璃涂层复合板材。该复合板材以Q235作为基体，在基体表面涂覆一层LZAS系微晶玻璃，且在微晶玻璃涂层中，添加有适量的ZrO2以达到涂层增韧的目的。该涂层的烧结温度为810℃。

[0008] 该微晶玻璃涂层的组分（摩尔百分比）如下：18.7% Li2O、39% SiO2、11.7% ZnO、10.6% Al2O3、1.5% P2O5、18.5%其他组分。

发明内容

[0009] 申 请 人 研 究 发 现，在 文 献《Preparation of Glass-Ceramics of Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2 System Coating Toughed by ZrO2 Basic on Metal Substrate》中的金属基微晶玻璃涂层复合板材也存在如下问题。该微晶玻璃涂层为单层，未制备过渡层，涂层与钢基体两者之间的各项物性参数差异较大，在制备过程中，易产生较大的热应力，导致涂层与钢基体之间的结合强度不高。由于涂层中微晶玻璃层和钢基体层匹配性差，涂层与钢基体之间的结合强度不高，因而无法在涂层上进一步实施梯度涂层工艺，这也限制了该板材强度的提高。

[0010] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法。本发明中，LZAS是Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2的缩写形式。本发明提供一种全新的微晶玻璃组成，同时通过在普通碳素结构钢基体上涂覆具有梯度结构的LZAS系微晶玻璃，制备出一种新型复合板材，该复合板材既能发挥普通碳素结构钢塑性、焊接性能好的特点，通过梯度结构又能大幅提高该复合板材的硬度和韧性。本发明制备的复合板材具有优异的性能，能够满足煤矿的落煤斗、溜槽、选粉机叶片等对于材料的耐磨、耐冲蚀性能要求较高的场合，具有较好的应用前景。

[0011] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0012] 一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材，包括金属基体、过渡层、增韧层，所述过渡层位于金属基体与增韧层之间；

[0013] 所述金属基体的热膨胀系数为11×10-6/℃~13×10-6/℃；

[0014] 所述过渡层由基础玻璃制备而成；

[0015] 所述增韧层由基础玻璃和增强剂制备而成，所述增强剂占增韧层体积的2%-35%；

[0016] 所述基础玻璃包括如下摩尔百分比的组分：14.5%~20%Li2O，8.5%~12%ZnO，6.5%~11%Al2O3，36%~42%SiO2，1.2%P2O5，13.5%B2O3，5%~7%Na2O；

[0017] 所述增强剂为3Y-TZP陶瓷颗粒或TiN陶瓷颗粒。

[0018] 所述基础玻璃包括如下摩尔百分比的组分：18.3%Li2O，11%ZnO，10%Al2O3，41%SiO2，1.2%P2O5，13.5%B2O3，5%Na2O。

[0019] 所述金属基体采用热膨胀系数为11×10-6/℃~13×10-6/℃的低碳钢。

[0020] 所述过渡层的厚度为0.15mm ~0.25mm。

[0021] 所述增韧层为至少一层，每层增韧层的厚度为0.15mm ~0.25mm。

[0022] 所述增韧层为四层，增韧层沿金属基体至过渡层的方向，依次为第一层增韧层至第四层增韧层；第一层增韧层中，增强剂占第一层增韧层的体积百分比为5%；第二层增韧层中，增强剂占第二层增韧层的体积百分比为10%；第三层增韧层中，增强剂占第三层增韧层的体积百分比为15%；第四层增韧层中，增强剂占第四层增韧层的体积百分比为20%。

[0023] 前述LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材的制备方法，包括如下步骤：

[0024] （1）制备基础玻璃：按配比称取组分，将称取的组分置于马弗炉中，加热熔制成玻璃液，保温后经水淬，得基础玻璃渣料，将基础玻璃渣料磨成基础玻璃粉末，备用；

[0025] （2）预处理金属基体：将金属基体表面清理干净，备用；

[0026] （3）制备过渡层：取部分基础玻璃粉末，加入有机溶剂，搅拌均匀，得过渡层浆料，将过渡层浆料涂敷于经预处理后的金属基体表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行升温至430℃~470℃，保温40min~80min，然后再以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行升温，至
730℃~770℃，保温5min~20min，得初坯；

[0027] （4）制备增韧层：按配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于基材表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行升温至430℃~470℃，保温40min~80min，然后再以3℃/分钟~7℃/分钟的升温速率进行二次升温，保温5min~20min，重复步骤4，即得产品；

[0028] 所述步骤4中，制备含四层增韧层的复合板材，第一次以初坯作为基材，二次升温至730℃~770℃，制备第2~4层增韧层时，重复步骤4，以含有前一层增韧层的板材作为基材，二次升温的温度较含有前一层增韧层的板材二次升温的温度高5℃~15℃。

[0029] 所述步骤4制备增韧层中：按第一层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至770℃，保温10min，得含第一层增韧层的复合板材；

[0030] 按第二层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至775℃，保温10min，得含第二层增韧层的复合板材；

[0031] 按第三层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至790℃，保温10min，得含第三层增韧层的复合板材；

[0032] 按第四层增韧层的配比称取基础玻璃粉末和增强剂，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至795℃，保温10min，得含第四层增韧层的复合板材，即得产品。

[0033] 所述步骤3中，取部分基础玻璃粉末，加入有机溶剂 ，搅拌均匀，得过渡层浆料，将过渡层浆料涂敷于经预处理后的金属基体表面，并置于烘箱内，在40℃-80℃烘干1.5-3h，再在110℃-130℃烘干0.5-2h，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行升温，至750℃，保温10min，得初坯。

[0034] 所述步骤1中，按配比称取组分，将称取的组分置于马弗炉中，加热至1350℃~1450℃熔制成玻璃液，保温60min~120min后，倒入水中进行水淬，得基础玻璃渣料，将基础玻璃渣料磨成基础玻璃粉末，过170-325目筛，备用。

[0035] 本发明针对现有技术《Preparation of Glass-Ceramics of Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2 System Coating Toughed by ZrO2 Basic on Metal Substrate 》中，其在涂层结合力及涂层韧性上的不足，提供一种LZAS系微晶玻璃梯度涂层复合板材及制备方法。本发明以热-6 -6膨胀系数为11×10 /℃~13×10 /℃的金属基体为基础，采用涂搪法在金属基体表面上涂覆过渡层和增韧层。现有文献中，采用的是氧化锆颗粒增强增韧原理，这种单一的增韧方式对韧性提高有限。本申请中，采用的3Y-TZP是一种市售氧化钇稳定的氧化锆陶瓷颗粒，与氧化锆颗粒增韧原理有着显著不同。本发明通过制备过渡层，避免了涂层与金属基体之间物性参数差别大导致的在烧结过程中产生的较大热应力，能够有效提高涂层与金属基体的结合力。本申请中，增强剂为3Y-TZP陶瓷颗粒（3Y-TZP陶瓷颗粒为微米级，其粒径不高于
1μm，其粒径范围可以为0.01~1μm），采用该增强剂，其能够起到相变增韧和颗粒增韧的作用，有效提高涂层的强韧性。本发明同时通过调整增强剂的体积分数比，从而使增韧层由里至表热膨胀系数递减，使制备的复合板材产生合适的压应力，进一步提高其强度、韧性和表面微硬度。通过本发明的制备工艺，使过渡层、增韧层的热膨胀系数有一个渐变过程，并且最表层的热膨胀系数最小，形成压应力，进一步提高涂层的韧性和微硬度。通过前述效果的协同作用，使涂层的韧性大大增强。

[0036] 本发明制备工艺简单，通过该工艺在金属基体表面具有合适压应力的微晶玻璃梯度涂层。其中的过渡层主要用于金属基体与涂层的热膨胀系数差。以含有四层增韧层的复合板材为例，每层中含不同体积分数的3Y-TZP陶瓷颗粒（平均粒度＜1um），其体积分数由里至表逐渐线性增大，热膨胀系数由里至表逐渐减小，表层形成压应力，提高涂层的韧性和微硬度，其综合运用了颗粒增韧、相变增韧和表面压应力增韧机理，协同提高复合板材表面的强韧性。同时，本发明还控制过渡层、增韧层的厚度。申请人通过分析发现，梯度涂层每层厚度越薄，其表面残余压应力越大，越有利于涂层的增韧。但涂层过薄，其制备工艺也越困难。通过摸索，本申请中，选择过渡层的厚度为0.15mm ~0.25mm，增韧层的厚度为0.15mm ~0.25mm。申请人通过研究发现，梯度涂层的层数增多，有利于韧性的提高。层数的增加，会使烧结温度提高。经过选择，申请人采用四层增韧层。本发明中采用反复涂烧工艺，即每涂一层后，均进行烧结，其能够显著提高金属基体上过渡层、增韧层的致密性。进一步，本发明中的增强剂还可采用TiN陶瓷颗粒来替代3Y-TZP陶瓷颗粒。TiN陶瓷颗粒的热膨胀系数较本申请中的基础玻璃小10%左右，同时不与基础玻璃发生反应。采用TiN陶瓷颗粒来替代3Y-TZP陶瓷颗粒制备的复合板材，也具有较好的硬度和韧性。本发明中采用有机溶剂的主要目的是获得流动性浆料，基础玻璃粉末与有机溶剂的质量比为2：0.5-1.5，进一步，基础玻璃粉末与有机溶剂的质量比为2：1。有机溶剂可以采用乙醇与聚乙烯醇(PVA)配制的溶剂（该溶剂中，PVA的质量分数可以为20%-40%，进一步，PVA的质量分数可以为30%）。

附图说明

[0037] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0038] 图1为本发明的结构示意图。

[0039] 图2为图1中2的结构示意图。

[0040] 图3为增韧层的结构示意图。

[0041] 图4为实施例1制备产品的涂层压痕照片。

[0042] 图5为普通搪瓷涂层压痕照片。

[0043] 图中标记：1为金属基体，2为过渡层和增韧层，3为过渡层，4为第一层增韧层，5为第二层增韧层，6为第三层增韧层，7为第四层增韧层，8为基础玻璃，9为增强剂。

具体实施方式

[0044] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0045] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0046] 实施例1

[0047] a、制备基础玻璃

[0048] 按 如 下 摩 尔 比 称 取 组 分：18.3%Li2O，11%ZnO，10%Al2O3，41%SiO2，1.2%P2O5，13.5%B2O3，5%Na2O。将称取的组分置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至1400℃熔制成玻璃液，保温90min后，倒入水中进行水淬，水淬后得基础玻璃渣料，将基础玻璃渣料磨成基础玻璃粉末，过200目筛，备用。

[0049] b、预处理金属基体

[0050] 将金属基体表面清理干净，备用。金属基体采用Q325钢材。

[0051] c、制备过渡层

[0052] 取一部分基础玻璃粉末，加入有机溶剂 ，搅拌均匀，得过渡层浆料，将过渡层浆料涂敷于经预处理后的金属基体表面，并置于烘箱内，在60℃烘干2h，再在120℃烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行升温，至750℃，保温10min，得初坯。

[0053] d、制备增韧层

[0054] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比95:5称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至770℃，保温10min，得含第一层增韧层的复合板材。

[0055] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比90:10称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至775℃，保温10min，得含第二层增韧层的复合板材。

[0056] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比85:15称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至790℃，保温10min，得含第三层增韧层的复合板材。

[0057] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比80:20称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至795℃，保温10min，得含第四层增韧层的复合板材，冷去后即得产品。

[0058] 对实施例1制备的产品进行测试。以普通搪瓷涂层作为对照组，利用维氏硬度计在涂层表面的压痕尺寸可评价涂层的韧性。通过加载10牛保载5秒，分别对实施例1的产品、普通搪瓷涂层进行测试，测试结果分别如图4、5所示。从图中的结果可知，实施例1的产品的涂层未见明显裂纹，而图5的普通搪瓷涂层则出现明显裂纹，可见本发明具有较高的强韧性。

[0059] 通过单边切口梁法，可测得本实施例含1层过渡层4层增韧层的梯度涂层的断裂1/2
韧性达到6.8MPa· m 。可见涂层具有很好的韧性。

[0060] 实施例2

[0061] a、制备基础玻璃

[0062] 按如下摩尔比称取组分：18.3%Li2O，11.5%ZnO，10.5%Al2O3，38%SiO2，1.2%P2O5，13.5%B2O3，7%Na2O。将称取的组分置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至1400℃熔制成玻璃液，保温90min后，倒入水中进行水淬，水淬后得基础玻璃渣料，将基础玻璃渣料磨成基础玻璃粉末，过200目筛，备用。

[0063] b、预处理金属基体

[0064] 将金属基体表面清理干净，备用。金属基体采用Q325钢材。

[0065] c、制备过渡层

[0066] 取一部分基础玻璃粉末，加入有机溶剂 ，搅拌均匀，得过渡层浆料，将过渡层浆料涂敷于经预处理后的金属基体表面，并置于烘箱内，在60℃烘干2h，再在120℃烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行升温，至740℃，保温10min，得初坯。

[0067] d、制备增韧层

[0068] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比95:5称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至760℃，保温10min，得含第一层增韧层的复合板材。

[0069] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比90:10称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至765℃，保温10min，得含第二层增韧层的复合板材。

[0070] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比85:15称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至780℃，保温10min，得含第三层增韧层的复合板材。

[0071] 按基础玻璃粉末与3Y-TZP陶瓷颗粒的体积比80:20称取组分，混合后加入有机溶剂，混合均匀，得流动性浆料，将流动性浆料涂敷于初坯表面，并置于烘箱内烘干，得烘干后的板材，将烘干后的板材置于烧结炉中，以5℃/分钟的升温速率进行升温至450℃，保温60min，然后再以5℃/分钟的升温速率进行二次升温至785℃，保温10min，得含第四层增韧层的复合板材，冷去后即得产品。

[0072] 图1为本发明的结构示意图，图1中，1为金属基体，2为过渡层和增韧层；图2为图1中2的结构示意图，图2中，3为过渡层，4为第一层增韧层，5为第二层增韧层，6为第三层增韧层，7为第四层增韧层；图3为增韧层的结构示意图，8为基础玻璃，9为增强剂。

[0073] 本实施例制备的为含有四层增韧层的复合板材，即含五层涂层的复合板材。本实施例中，首先采用涂搪法在金属基体表面上涂覆过渡层，再在过渡层上涂覆第一层增韧层（其中，3Y-TZP占第一层增韧层的体积分数比为5%），以此类推，第二、三、四层增韧层中3Y-TZP陶瓷颗粒的含量分别为10%，15%，20%。采用的3Y-TZP陶瓷颗粒平均粒度＜1um。控制过渡层、增韧层的厚度0.15mm~0.25mm。

[0074] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。