[發明專利]一種Pt?Zr改性鋁化物涂層制備方法

在審

• 申請號: 201710362541.2
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107268044A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 鮑澤斌;蔣成洋;陽穎飛;朱圣龍;王福會
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C25D3/56
• 分類號: C25D3/56;C25D15/00;C25D5/50;C23C10/48;C23C28/02
• 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

本發明涉及復合電鍍技術，具體地說是涉及Pt-Zr改性鋁化物涂層制備方法，利用復合電鍍方法得到Pt-Zr復合鍍層，之后通過不同的滲鋁方法得到不同結構的Pt-Zr改性鋁化物涂層。

背景技術

發動機渦輪部件，例如渦輪葉片，通常需要施加高溫防護涂層保護高溫合金基體不受高溫氧化及熱腐蝕侵害，并有效延長部件服役壽命。常見高溫防護金屬粘結層包括簡單鋁化物涂層、改性鋁化物涂層(Cr-，Si-，Pt-，Pd-改性)及MCrAlY型包覆涂層。鋁化物涂層因制備工藝簡單，成本低，可重復性好，自20世紀50年代開始應用于鈷基導向葉片，60年代應用于鎳基高溫合金葉片，是工業應用最為廣泛的高溫防護涂層。近年來，隨著涂層技術的發展，擴散鋁化物涂層尤其是改性鋁化物涂層受到越來越多的關注。稀土元素改性(例如釔)的鋁化物涂層可利用稀土元素的活性效應，大幅提高鋁化物涂層的抗高溫氧化和熱腐蝕性能，延長涂層使用壽命。相關應用的文獻如：①中國發明專利，稀土改性MCrAlY涂層提高其抗高溫硫化腐蝕性能的方法，申請號10072121.7；②中國發明專利，稀土氧化物改性的滲鉻涂層及制備方法和應用，申請號03133941.7，③中國發明專利，Pt-Al-Hf/Zr涂層及方法，申請號201410143291.X；④中國發明專利，通過預先沉積鉑-鎳層使表面鋁化物的方法，申請號201180029984.0。

元素Pt能促進Al的選擇性氧化、降低S等有害元素的作用，同時還能提高涂層的粘附性能，因此該涂層在保持力學性能的基礎上，抗氧化性能大幅度提高。然而，在高溫熱循環過程中，由于TGO(熱生長氧化物)的生成，以及涂層與基體之間的元素互擴散使得涂層中Al元素大量缺失，從而導致相轉變的發生，涂層表面容易產生變形，形成起伏。這種起伏使得TGO與TBC、TGO與BC界面容易產生裂紋，最終導致涂層失效。

為了減少涂層表面的起伏，提高氧化物與涂層之間的粘附性能，可以在涂層中添加少量的活性元素，如Y、Zr、Hf等。一方面，活性元素能使氧化生成的氧化鋁局部向內生長形成“釘扎”作用；另一方面，活性元素在氧化物下方聚集，減少因氧化時產生的氧化膜內應力，繼而提高氧化膜的粘附性能。但過量加入，會生成大顆粒氧化物而對保護性氧化膜產生破壞作用。研究表明，稀有金屬Zr的加入具有顯著的活性元素效應：由于Zr⁴⁺的尺寸(r＝72pm)較Al³⁺(r＝53.5pm)大，Zr元素摻雜可以穩定暫態氧化鋁，從而推遲暫態氧化鋁向穩定的α-Al₂O₃的轉變，同時，Zr元素的加入可減小氧化鋁膜的晶粒尺寸，從而使得氧化膜具有更好的變形性能；另一方面，在穩定氧化階段，Zr的氧化物在氧化膜晶界偏聚，阻礙了Al³⁺向外移動，可有效降低氧化速率。

當涂層中同時含有Pt、Zr兩種有益元素時，兩種元素能夠共同作用，顯著提高涂層抗氧化性能的同時，減少有害元素如S、C等的作用，使得氧化膜抗剝落性能大幅度提高。作為活性元素，Zr在高溫合金和高溫防護涂層中的作用是顯著的，但Zr元素化學性質不活潑，不與水、稀酸或強堿作用，常溫下也不與氧、氮等氣體直接化合，因此，常溫下在涂層中引入Zr元素非常困難。很多學者利用EB-PVD(電子束物理氣相沉積)的方法在合金基體上首先沉積一層Zr，然后再進行滲鋁。該方法具有一定可操作性，但是由于EB-PVD設備需要高真空環境，成本高昂，不易在復雜形狀工件上沉積，且引入的Zr層在滲鋁過程中不易分散，難以得到推廣應用。因此，提供一種制備簡單、經濟的Pt-Zr改性鋁化物涂層的方法將對改性鋁化物涂層以及渦輪發動機/燃氣輪機的發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了提高鋁化物涂層的抗高溫氧化及熱腐蝕綜合性能，同時改善氧化物的粘附性能，提供了一種Pt-Zr改性鋁化物涂層的制備方法，該方法旨在簡化Pt-Zr改性鋁化物涂層的制備過程，在保持涂層性能的前提下同時降低涂層的制備成本。

本發明提供了一種Pt-Zr改性鋁化物涂層制備方法，其特征在于：Pt-Zr改性鋁化物涂層制備方法包括以下步驟：

1)表面處理方法：對試樣進行打磨，將金屬原始的表面研磨掉之后進行噴砂處理，之后進行兩步法除油處理：第一步采用丙酮超聲清洗15-30min，第二步在40-60g/L的NaOH溶液中煮沸10-20min；