[發(fā)明專利]一種激光熔覆制備改性復合Hf-Ta金屬涂層的方法

在審

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• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105386041A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 汪欣;李爭顯;杜繼紅;唐勇;楊濤;李晴宇;葉源盛
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F7/02;B22F1/00;C22C27/00;B22F3/10
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發(fā)明屬于高溫防護技術領域，具體涉及一種激光熔覆制備改性復合Hf-Ta金屬涂層的方法。

背景技術

難熔合金具備優(yōu)異的高溫強度和韌性以及良好的加工性能，在宇航工業(yè)、航空工業(yè)以及原子能工業(yè)中得到了廣泛的應用。然而，難熔合金在超高溫氧化環(huán)境中應用存在抗氧化難題，因其氧親和勢高，且氧溶解度大，在室溫即極易吸氧，并在遠低于服役溫度時發(fā)生嚴重氧化。解決這一抗氧化難題的可能途徑有二個：一是從合金設計入手，研發(fā)具有高溫抗氧化能力的合金；另一途徑是施加高溫抗氧化涂層。對難熔金屬而言，當抗氧化合金元素加入稍多時，合金的加工性能急劇下降甚至完全不具備室溫塑性，尤其對于VIA族的鎢、鉬而言，其可合金化程度很小。因此，發(fā)展高性能高溫抗氧化涂層成為難熔金屬及其合金高溫應用的關鍵。

高溫氧化條件下，硅化物涂層通過Si元素的選擇性氧化生成SiO₂玻璃保護膜從而為基體提供防護，展現(xiàn)出了良好的抗高溫(1000℃～1700℃)氧化能力，成為難熔合金，尤其是鈮基和鉬基合金，最主要的高溫防護涂層。然而，隨著宇航工業(yè)的發(fā)展，新一代高比沖姿、軌控火箭發(fā)動機和高超聲速飛行器對難熔合金用高溫抗氧化涂層提出了更為嚴苛的服役要求。傳統(tǒng)的硅化物涂層自身存在較大局限。當硅化物涂層服役溫度超過1700℃時，高溫生成的SiO₂玻璃保護膜軟化，不能有效抵御高溫高速氣流的沖刷；當工作溫度進一步升高到1800℃，硅化物/SiO₂玻璃膜界面處SiO的蒸汽壓超過一個大氣壓，SiO₂玻璃保護膜喪失高溫防護能力。另一方面，硅化物涂層韌性差，且與難熔金屬及其合金存在著較大的熱膨脹系數(shù)失配，在冷熱循環(huán)過程中不可避免產生貫穿性裂紋，加速了難熔合金尤其是鉭基合金的高溫氧化過程。總之，傳統(tǒng)硅化物涂層已難以滿足新一代高比沖姿、軌控火箭發(fā)動機和高超聲速飛行器用難熔合金的服役要求。

金屬Hf及其氧化物具備極高的熔點，且HfO₂的飽和蒸汽壓非常低(10×10^-11Pa，1732℃)，加之致密的HfO₂具備優(yōu)良的超高溫抗氧化性能，這使得Hf成為非常有潛力的超高溫抗氧化涂層材料。然而，高溫下純Hf氧化生成的HfO₂氧化膜疏松多孔且與基體結合力差，不能有效阻擋氧向基體擴散，而且HfO₂在1750℃時存在著單斜相到四方相的馬氏體相變，在冷熱循環(huán)過程中，HfO₂易發(fā)生開裂、剝落。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種激光熔覆制備改性復合Hf-Ta金屬涂層的方法，該方法通過優(yōu)化Hf-Ta金屬涂層的組分并控制預燒結處理和激光熔覆的工藝參數(shù)，能夠在難熔金屬表面制備出厚度為30μm～800μm的高質量改性Hf-Ta金屬涂層，該方法制備得到的改性復合Hf-Ta金屬涂層能夠顯著提高難熔金屬在超高溫、低氧壓環(huán)境中的抗氧化能力，可為難熔金屬在超高溫氧化環(huán)境或燒蝕環(huán)境中提供短時防護。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種激光熔覆制備改性復合Hf-Ta金屬涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將難熔金屬表面打磨處理后酸洗，然后對酸洗后的難熔金屬表面依次進行噴砂處理和脫脂處理；所述噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂、玻璃珠或氧化鋯砂，所述噴砂處理的壓力為0.2MPa～0.4MPa；

步驟二、將混合粉末與分散劑置于球磨機中球磨混合均勻，得到改性復合Hf-Ta料漿；所述混合粉末由鉭粉、鉿粉和改性金屬粉末混合均勻而成，所述混合粉末中鉭粉的質量百分含量為22.5％～26.5％，改性金屬粉末的質量百分含量為0.1％～7.6％，余量為鉿粉；所述改性金屬粉末為硅粉、硼粉、鋁粉、鉻粉和鐵粉中的一種或兩種以上；所述分散劑由乙酸乙酯和清漆按體積比(1～2):(3～4)混合而成，所述分散劑的體積為所述混合粉末質量的10～30倍，其中體積的單位為mL，質量的單位為g；