[發明專利]一種在鎢或鎢合金表面制備硅化鎢涂層的方法

有效

• 申請號: 201710792130.7
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107675121B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 牛亞然;翟翠紅;李紅;黃利平;鄭學斌;孫晉良;丁傳賢
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/18;C23C4/10
• 代理公司: 31261 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗<國際申請>=<國際公布>

本發明涉及一種在鎢或鎢合金表面制備硅化鎢涂層的方法，以硅粉為原料，采用等離子體噴涂技術在金屬鎢或鎢合金基體表面制備硅涂層，然后置于惰性氣氛中在1000～1500℃下熱處理1～10小時，從而在基體表面形成硅化鎢涂層。本發明所述制備方法具有工藝簡單、成本低、效率高、可重復性好、適合規模化生產等優點，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種硅化物涂層的制備方法，特別涉及一種在鎢或鎢合金表面制備硅化鎢涂層的方法，屬于高溫防護涂層技術領域。

背景技術

鎢(W)是熔點最高的金屬，具有良好的高溫強度，是一種重要的高溫結構材料。然而，鎢與鎢合金在高溫有氧環境中容易氧化，生成不具有保護性的氧化物(WO₃)，失去其優異的高溫性能。為了改善鎢與鎢合金的高溫抗氧化性能，目前較為可行的方法是在其表面制備高溫抗氧化涂層。

二硅化鎢(WSi₂)是一種重要的高溫抗氧化涂層材料。其抗氧化性能得益于高溫(大于1300℃)有氧環境中表面形成的致密SiO₂保護層，阻止氧氣的向內擴散，達到抗氧化的目的【1.K.Kurokawa,A.Yamauchi,Classification of oxidation behavior ofdisilicides,Solid State Phenomena 127(2007)227-232】。

目前制備WSi₂涂層的方法主要包括化學氣相沉積(CVD)法、包埋法等。Yoon等人采用CVD法在高溫(1000℃～1200℃)環境中通過SiCl₄和H₂混合氣使得Si沉積到W金屬表面形成WSi₂涂層【2.J.Yoon,K.Lee,S.Chung,I.Shon,J.Doh,G.Kim,Growth kinetics andoxidation behavior of WSi₂ coating formed by chemical vapor deposition of Sion W substrate,Journal of Alloys and Compounds 420(2006)199-206】。其研究表明WSi₂涂層在1300℃時氧化速率較低，表面形成致密SiO₂保護層，能夠長時間(20h)保護基體。該方法制備的涂層結構較致密，但CVD法對反應體系的要求高、沉積效率較低，制備周期長，同時難以制備復合涂層。Alam等采用包埋法在鎢金屬表面制備了WSi₂涂層，將W基體埋于25％Si-5％F-70％Al₂O₃(wt.％)的混合粉末中，在1100℃高溫熱處理6h形成外層為WSi₂和過渡層為W₅Si₃的硅化鎢涂層【3.M.Alam,S.Saha,B.Sarma,D.Das,Formation of WSi₂coating on tungsten and its short-term cyclic oxidation performance in air,Int.Journal of Refractory Metals and Hard Materials 29(2011)54–63】。然而包埋法存在一些問題，如受重力影響導致涂層厚度和結構不均勻，硅含量無法有效控制導致存在殘余硅、表面難以清理，難以實現在部件局部區域制備涂層等。等離子體噴涂技術具有沉積效率高、涂層成分和厚度可控、可快捷修復失效涂層、易實現工業化生產等特點。但是單一的等離子體噴涂技術制備的涂層與基體間的結合方式以機械咬合為主，存在明顯的界面，由于熱膨脹系數相差較大(W:4.5×10^-6·K^-1，WSi₂：8.5×10^-6·K^-1)，使得涂層與基體間的結合性能有待進一步改善。

發明內容