[發(fā)明專利]抗氧化、耐腐蝕、抗沖擊的高溫搪瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810069695.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN108264232B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳明輝;王群昌;王福會(huì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C8/20
• 分類號(hào): C03C8/20;C23D5/02
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及高溫防護(hù)技術(shù)，特別提供一種可用于高溫合金零部件的抗氧化、耐腐蝕、抗沖擊的高溫搪瓷涂層及其制備方法。該搪瓷涂層由搪瓷釉、耐熱金屬和陶瓷顆粒組成，搪瓷釉65～75％，耐熱金屬顆粒2～6％，陶瓷顆粒23～35％；其中，搪瓷釉的配方為：二氧化硅61～67％、二氧化鋯6～11％、三氧化二鋁3～10％、三氧化二硼4～9％、氧化鈣1～7％、氧化鍶7～13％、氧化鉀2～6％。本發(fā)明通過搪瓷釉的配方設(shè)計(jì)、耐熱金屬顆粒的增韌、難熔陶瓷顆粒的強(qiáng)化、三氧化二鉻的改性以及稀土氧化物對(duì)搪瓷組織結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高涂層的高溫氧化以及力學(xué)綜合性能，使該高溫搪瓷涂層兼具抗氧化、耐腐蝕以及抗沖擊的優(yōu)異綜合性能。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及高溫防護(hù)技術(shù)，特別提供一種可用于高溫合金零部件的抗氧化、耐腐蝕、抗沖擊的高溫搪瓷涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著服役環(huán)境的日趨苛刻，大部分高溫結(jié)構(gòu)材料需要同時(shí)滿足高溫力學(xué)性能與抗腐蝕性能等多項(xiàng)指標(biāo)的要求。而單從成分設(shè)計(jì)(調(diào)整)出發(fā)，高溫合金很難實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與抗高溫腐蝕性能的綜合最優(yōu)化，兩者對(duì)成分的要求往往是相互矛盾的。因此，在通過成分調(diào)整滿足合金力學(xué)性能的前提下，通常以施加高溫防護(hù)涂層的方法來提高高溫合金的耐高溫腐蝕性能。

當(dāng)前，高溫防護(hù)涂層主要包括金屬涂層與陶瓷涂層。其中，常用的金屬涂層有滲鋁涂層以及包覆MCrAlY涂層。在高溫使用過程中，金屬涂層由于與合金基體成分上的巨大差異，存在明顯的互擴(kuò)散，嚴(yán)重影響合金的高溫力學(xué)性能。此外，在熱腐蝕環(huán)境中，金屬涂層表面生成的氧化物在沉積鹽中會(huì)持續(xù)溶解，不能快速形成完整的保護(hù)性氧化膜，熱腐蝕速率較快。相比較而言，陶瓷涂層的抗熱腐蝕性能較金屬涂層優(yōu)異，但是由于其與合金基體較大的線熱膨脹系數(shù)差以及較弱的界面結(jié)合，在熱循環(huán)條件下，涂層容易開裂剝落，從而喪失對(duì)合金基體的高溫防護(hù)作用。

除了傳統(tǒng)的金屬涂層與陶瓷涂層之外，還有一種非常適合于熔鹽、氣氛等苛刻環(huán)境下的高溫防護(hù)涂層，即搪瓷涂層。搪瓷涂層在燒結(jié)制備的過程中，能與合金基體發(fā)生反應(yīng)形成界面的化學(xué)結(jié)合，尤其適合于高溫合金。因此，在熱循環(huán)條件下，搪瓷涂層的抗界面剝落能力優(yōu)于傳統(tǒng)的陶瓷涂層。加上其優(yōu)異的阻氧擴(kuò)散能力，搪瓷涂層的抗高溫氧化性能又優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬涂層。搪瓷涂層主要由硅氧四面體結(jié)構(gòu)組成，通過在硅氧四面體的間隙中添加其他四價(jià)、三價(jià)、二價(jià)甚至一價(jià)離子，形成玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

但是，普通的搪瓷涂層作為高溫合金的高溫防護(hù)涂層，還面臨以下的三個(gè)問題：(1)搪瓷涂層中由于含有過量的低熔點(diǎn)組元(如：ZnO、Na₂O等)作為助溶劑，在高溫服役的過程中，搪瓷涂層中的低熔點(diǎn)組元容易與合金基體中的Cr發(fā)生反應(yīng)，并最終在涂層表面進(jìn)一步氧化生成大量的鉻酸鹽尖晶石類腐蝕產(chǎn)物，如：ZnCr₂O₄，大幅度降低搪瓷涂層抗氧化性能；(2)大量低熔點(diǎn)組元的加入，打斷硅氧四面體中的硅氧鍵，使得腐蝕介質(zhì)中的合金離子更容易滲透進(jìn)入搪瓷涂層，從而進(jìn)一步降低搪瓷涂層的軟化點(diǎn)，使得硫以及氯離子能夠更加容易地滲透通過搪瓷涂層直至合金基體，嚴(yán)重影響搪瓷涂層的耐熱腐蝕能力；(3)搪瓷中的玻璃相在高溫下極不穩(wěn)定，易析出各種形狀、類型的晶體，由于析出晶體與搪瓷中玻璃相在熱物理性能上的不匹配，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，搪瓷涂層的抗熱沖擊性能受到很大影響。

綜上，目前搪瓷涂層在高溫合金上的應(yīng)用，還需解決以下三大問題，即搪瓷涂層的抗高溫氧化、耐熱腐蝕以及抗熱沖擊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種抗氧化、耐腐蝕、抗熱沖擊的高溫搪瓷涂層及其制備方法，解決現(xiàn)有搪瓷涂層應(yīng)用于高溫腐蝕環(huán)境中抗氧化、耐腐蝕以及熱沖擊性能欠佳等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：