[發明專利]一種制備抗氧化耐高溫金屬涂層的方法

有效

• 申請號: 201711097493.5
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107841705B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 王林
• 申請（專利權）人: 深圳臻金精密科技有限公司
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/067;C23C4/18
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本發明公開了一種制備抗氧化耐高溫涂層的方法。該方法通過等離子噴涂法將Nb?Si?Cr?Ce?Al粉料噴涂到金屬基體表面，其中等離子噴涂原料中各元素含量為：Nb 20?55％、Si 15?45％、Cr 8?20wt％、Ce 10?40％、Al 5?15wt％。該方法綜合了Si、Al元素的優點，通過添加其它不同原料的組合，抑制了涂層高溫下Si的損耗和SiO形成，降低了高溫下形成的Al₂O₃受其它元素的影響，使得基體在1800℃下仍具有良好的高溫抗氧化性能；涂層成分與空氣接觸，可以有效地阻擋氧元素向基體材料擴散，氧化速率低，具有良好的抗熱震性能；該方法時間短、過程簡單可控。

技術領域

本發明屬于材料表面處理技術領域，具體涉及一種在極高溫度下仍具有良好抗氧化性能涂層的制備。

背景技術

航空發動機、渦輪機葉片、航天發動機、火力發電機等的結構材料在高溫下作業，收到高溫氧化和腐蝕。為了保護這些熱端部件在高溫下免受氧化腐蝕和延長壽命，對高溫結構材料和高溫涂層進行了大量的研究。近幾年，高溫結構材料有了很大發展，例如金屬鎢、鉬、鉭、鈮及其合金具有熔點高、高溫下強度高的特點，已被廣泛應用在國防、核工業、航空、航天、能源等領域。但是當溫度升高到400度，金屬鎢、鉬、鉭、鈮及其合金將開始發生氧化，并且隨著溫度的升高，氧化程度加劇，甚至發生粉化現象，最終導致材料的失效。因此改善材料的抗高溫氧化性僅僅從材料本身考慮是不夠的，實踐證明，高溫材料本身要做到既有好的高溫強度，又具備優良的抗氧化性能十分困難，而目前一般是通過合金化或表面涂層技術來改善金屬的高溫抗氧化性能。合金化技術是向材料中加入添加劑，從而改善材料抗氧化性能，但同時也改變了材料的物理化學特性。表面涂層技術則是在原材料表面制備抗氧化層，基體材料的特性不會發生大的改變。從實際考慮不論是研制還是使用高溫涂層，其研發和使用難度都比合金化高溫材料低得多。

目前高溫涂層制備主要技術包括：物理/化學氣相沉積、熱噴涂法、固體滲法、料漿涂覆法等，可以制備出一系列耐高溫氧化涂層。例如專利201410360800.4《一種鈮基合金上的Mo-Si-B涂層及其制備方法》開了在鈮基金屬表面先制備出一層Mo涂層作為預滲元素的基體，再采用包埋滲方法得到涂層，但是該專利只考察了涂層在1250℃下的高溫氧化性能，并沒考察更高溫度下涂層的抗氧化性能，而涂層在高溫下存在Si+O₂-SiO和Si+SiO₂-SiO這兩個反應，SiO為氣態，高溫下反應速率增大；形成的SiO₂為玻璃態，高速氣流環境下粘性降低的SiO₂流失速率會增大，涂層中Si的損耗急速加劇。專利201010520735.9《一種耐高溫氧化金屬間化合物涂層及其制備方法》公開了在金屬基體上制備Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系金屬間化合物涂層，雖然進行了1000℃高溫下的抗氧化性能，由于氧化鋁熔點是2054℃，而且處于合金狀態，因此涂層熔點實際上是小于2054℃，因此隨著溫度接近該數值，涂層的抗氧化能力是急劇減小的。

發明內容

本發明的目的是針對現有Si、Al元素作為耐高溫涂層時耐受溫度有限的前提下，提供一種以上述元素為基礎，復合其它元素，直接在金屬表面制備抗氧化耐高溫涂層的方法，該方法制得的涂層在1800℃下仍具備極高的抗氧化性。

為了實現本發明的目的，本發明人通過大量試驗研究并不懈努力，最終獲得如下技術方案：一種制備抗氧化耐高溫金屬涂層的方法，具體包括如下步驟：

(1)基體預熱處理；

(2)保護性氣氛下采用等離子噴涂法將Nb-Si-Cr-Ce-Al粉料噴涂到基體表面，形成Nb-Si-Cr-Ce-Al涂層，其中Nb-Si-B-Ce-Al粉料中各元素含量為：Nb 20-55％、Si15-45％、Cr 8-20wt％、Ce 10-40％、Al 5-15wt％；

(3)將涂層在保護性氣氛下進行高溫氧化處理。