[發明專利]一種耐熱腐蝕復合搪瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410653315.6
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104445951A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 陳明輝;朱圣龍;鄔明鈺;王福會
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C03C8/14
• 分類號: C03C8/14;C23D5/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及高溫防護技術，特別提供了一種可用于高溫合金零部件的復合搪瓷涂層及其制備方法。

背景技術

傳統的高溫防護涂層包括金屬涂層與陶瓷涂層。金屬涂層，如滲鋁涂層以及包覆MCrAlY涂層，在高溫使用過程中由于與基體合金存在明顯的互擴散，嚴重影響合金的高溫力學性能。此外，在熱腐蝕環境中，金屬涂層表面生成的氧化物在沉積鹽中持續溶解，不能快速形成保護性氧化膜，熱腐蝕速率較快。陶瓷涂層的抗熱腐蝕性能較金屬涂層優異，但是由于其與合金基體較大的線熱膨脹系數差以及較弱的界面結合，在熱循環條件下，涂層容易開裂剝落，從而喪失對合金基體的高溫防護作用。

搪瓷涂層由于在燒結制備的過程中，能與合金基體發生反應從而形成界面的化學結合，熱循環條件下涂層的抗界面剝落能力優于傳統的陶瓷涂層。加上其優異的阻氧擴散能力，搪瓷涂層的抗高溫氧化性能又優于傳統的金屬涂層。搪瓷涂層主要由硅氧四面體結構組成，通過在硅氧四面體的間隙中添加其他四價、三價、二價甚至一價離子，形成玻璃網狀結構。一般的低熔點搪瓷涂層中由于添加了過量的低熔點組元，如ZnO、Na₂O以及K₂O，在高溫服役的過程中，搪瓷涂層中的低熔點組元容易與合金基體中的Cr發生反應，并最終在涂層表面進一步氧化生成大量的鉻酸鹽尖晶石類腐蝕產物，如ZnCr₂O₄，加快了搪瓷涂層的熱腐蝕速度。其次，大量低熔點組元的加入，打斷了硅氧四面體中的硅氧鍵，使得腐蝕介質中的合金離子更容易滲透進入搪瓷涂層，從而進一步降低搪瓷涂層的軟化點，使得硫以及氯離子能夠更加容易地滲透通過搪瓷涂層直至合金基體，降低搪瓷涂層的耐熱腐蝕能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐熱腐蝕復合搪瓷涂層及其制備方法，通過優化搪瓷涂層成分以及添加適量剛玉顆粒制備的復合搪瓷涂層克服了傳統搪瓷涂層高溫服役時容易與高溫合金基體發生過度界面反應，造成合金基體的持續溶解；并克服了傳統搪瓷涂層低熔點組元含量過高、對熱腐蝕介質的阻擴散滲入能力差的缺點，具有優異的抗熱腐蝕、抗熱循環剝落綜合性能。

本發明具體提供了一種耐熱腐蝕復合搪瓷涂層，其特征在于：該復合搪瓷涂層由搪瓷基體和陶瓷顆粒組成，其中陶瓷顆粒為粒徑小于5μm的剛玉(優選30nm～5μm)，其添加量為占復合搪瓷涂層重量的15～30wt％。搪瓷基體組元由各種氧化物(或者礦物鹽)熔煉淬火制備，其成分配比優選為：二氧化硅58～62wt％、二氧化鋯10～13wt％、三氧化二鋁5～8wt％、氧化鈣5～7wt％、三氧化二硼4～6wt％、氧化鍶2～4wt％、二氧化鈦2～4wt％、氧化鈉和/或氧化鉀2～6wt％、氧化鎳0～2wt％。

本發明提供的耐熱腐蝕復合搪瓷涂層900℃熱腐蝕(氯鹽)后表面沒有基體合金組元的腐蝕產物生成，涂層完好，沒有剝落。而普通搪瓷涂層熱腐蝕后表面有尖晶石類鉻酸鹽腐蝕產物，多弧離子鍍MCrAlY涂層以及高溫合金基體的表面腐蝕產物為鉻的氧化物、鎳的氧化物以及鈦的氧化物等混合物，并且腐蝕產物及涂層剝落嚴重。

本發明所述復合搪瓷涂層解決了原有搪瓷涂層低熔點組元多、搪瓷與合金基體反應過度、耐熱腐蝕性能差的難題，通過添加大量的二氧化硅、二氧化鋯、三氧化二鋁，同時用高溫穩定性能好的助溶劑組元代替活潑的低熔點助溶劑組元如氧化鋅、氧化鈉、氧化鉀，提高了搪瓷涂層的高溫穩定性，使得該復合搪瓷涂層在熱腐蝕環境下依然能對高溫合金起到優異的防護作用。

本發明還提供了所述耐熱腐蝕復合搪瓷涂層的制備方法，其特征在于，制備步驟為：1)熔煉搪瓷釉料；2)制備搪瓷微粉；3)制備復合搪瓷懸浮液；4)復合搪瓷涂層的噴涂與燒制。

本發明所述耐熱腐蝕復合搪瓷涂層的制備方法，其特征在于，具體過程如下：

(1)搪瓷釉料熔煉：按照搪瓷基體的成分配比將各種氧化物球磨混合，轉速320轉/分，時間24小時，混合均勻后進行加熱熔煉，熔煉工藝如下：

RT→300～600℃，均速加熱1小時；

300～600℃→800～1100℃，均速加熱40分鐘；

800～1100℃→1600～1750℃，均速加熱1小時；

1600～1750℃恒溫保持1～2小時后水淬得到特定成分的搪瓷釉料。

(2)搪瓷微粉制備：將水淬后得到的搪瓷釉料，經行星式球磨，轉速320轉/分，時間100小時，制備粒徑小于10μm的搪瓷微粉。