[發明專利]一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201711339383.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108004539B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 汪欣;杜繼紅;李爭顯;楊濤;嚴鵬;李晴宇;馬秀芬;張勇
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;C22C29/18
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層，由Ti、W、Cr、Zr、Nb和Si組成。本發明還公開了該涂層的制備方法，該方法為：一、對難熔金屬打磨、噴砂、脫脂和酸洗；二、制備復合懸浮料漿；三、將料漿預置于難熔金屬表面得到預置層，然后進行高溫熔燒，制備得到Zr改性硅化物涂層。本發明Zr改性硅化物涂層與難熔金屬基體相容性好，適用于Nb、Nb合金、W、W合金、Ta、Ta合金、Mo或Mo合金，該涂層的厚度可控，涂層與基體實現冶金結合，可在異形熱端部件的表面以及部件內表面實現涂覆，制備得到的涂層可在1100℃～1500℃氧化條件下為難熔金屬材料提供不少于200h的防護或在燒蝕環境中提供短時防護。

技術領域

本發明屬于超高溫防護技術領域，具體涉及一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層及其制備方法。

背景技術

難熔金屬具備優異的高溫強度和韌性以及良好的加工性能，在宇航工業、航空工業以及原子能工業中得到了廣泛的應用。然而，難熔合金在超高溫氧化環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生嚴重氧化。因此，為保障難熔金屬熱端部件的高溫力學性能和工作壽命，必須對其施加超高溫防護涂層。

高溫氧化條件下，硅化物涂層通過發生Si元素的選擇性氧化，生成SiO₂玻璃保護膜，為基體提供防護，展現出了良好的抗高溫(1000℃-1700℃)氧化性能，而且，SiO₂玻璃膜在高溫下發生軟化，能夠黏性流動，可以彌補涂層制備過程或氧化過程中形成的裂紋、孔洞等缺陷，展現出了良好的“自愈合”能力，成為難熔合金最主要的高溫防護涂層。

然而，在高溫條件下，隨著SiO₂玻璃膜的增厚，氧化膜易發生開裂或高溫球化，限制了硅化物涂層的高溫防護壽命。通過添加稀土元素對硅化物涂層進行改性，可以降低涂層的氧化速率，有效調控硅化物涂層氧化膜的成分和結構，從而延長硅化物涂層的高溫防護壽命。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層及其制備方法，該Zr改性硅化物涂層改善硅化物涂層的高溫防護性能，該Zr改性硅化物涂層可在1100℃～1500℃氧化條件下為難熔金屬材料提供長時間的防護，或在燒蝕環境中提供短時防護。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Ti 10％～25％，W 15％～20％，Cr10％～15％，Zr 1％～5％，Nb 5％～8％，余量為Si和不可避免的雜質。

上述的一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Ti 12％～15％，W 15％～17％，Cr 10％～15％，Zr 3％～5％，Nb 5％～8％，余量為Si和不可避免的雜質。

上述的一種難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Ti 15％，W 15％，Cr 10％，Zr 5％，Nb 5％，余量為Si和不可避免的雜質。

另外，本發明還公開了上述的難熔金屬表面Zr改性硅化物涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、對難熔金屬表面依次進行打磨處理、噴砂處理、脫脂處理和酸洗；所述噴砂處理采用的砂粒為剛玉砂或氧化鋯砂，所述噴砂處理的壓力為0.2MPa～0.8MPa，噴砂時間為2min～6min；

步驟二、將鈦粉、鎢粉、鉻粉、鋯粉、鈮粉和硅粉混合均勻，得到混合粉末，然后將分散劑與所述混合粉末置于球磨機中球磨混合均勻，得到復合懸浮料漿；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；