[發明專利]一種鈮合金表面耐高溫多組元硅化物涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810696860.1
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109023338B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 張平;馮培忠;陳正;沈承金;任宣儒
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;C04B35/58;C04B35/622;C04B35/64;C04B35/65
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種鈮合金表面耐高溫多組元硅化物涂層及其制備方法，該涂層的組成相為[(Nb_1?x?yTi_xCr_y)_1?z，R_z]Si₂，R為金屬元素Mo,W,Zr,Hf,Ta中的一種或多種，其中x,y,z分別表示對應元素的摩爾數，且0.05≤x≤0.2,0.05≤y≤0.3,0.05≤z≤0.4；首先按摩爾比為[(Nb_1?x?yTi_xCr_y)_1?z，R_z]：Si＝1：2.01～2.1的比例，分別稱取各金屬單質粉末和硅單質粉末，投入混料機中充分混合12～24h；用混合好的多組元金屬粉末將鈮合金工件包埋后放在石墨坩堝中，然后將石墨坩堝置入放電等離子燒結爐中進行燒結；將燒結后的涂層試樣在真空或保護氣氛下進行均勻化熱處理，即可。本發明提出了放電等離子燒結+均勻化熱處理的復合制備工藝，工藝簡單、涂層組織均勻、成分可控，涂層在1200?1600℃下具有優良的抗高溫氧化能力。

技術領域

本發明涉及一種金屬材料表面高溫抗氧化涂層及其制備方法，特別是一種鈮合金表面耐高溫涂層及其制備方法。

背景技術

鈮合金以其高熔點、低密度以及良好的高低溫力學性能，被認為是航空、航天與核工業中高溫結構件的重要候選材料，但其抗氧化性能較差，而在表面制備防護涂層是提高鈮合金抗氧化性能的最有效途徑。硅化物涂層是最適用于鈮合金的高溫抗氧化涂層體系。

目前國內外研究的鈮合金高溫抗氧化硅化物涂層主要有兩大體系，即 Si-Ti-Cr/Si-Fe-Cr基硅化物涂層體系和難熔硅化物(NbSi₂，MoSi₂)涂層體系。如中國專利CN101200801公開了一種在鈮合金表面首先采用真空料漿燒結制備鉬層，然后再包埋滲硅制備MoSi₂涂層的方法，該涂層在1650℃靜態抗氧化時間可達25小時；中國專利CN102719713A公開了一種通過將含有Si、Mo、Ti、 HfO₂和Al等多種合金元素的涂層料漿涂覆于鈮合金上，然后在高溫真空下熔燒制備高溫抗氧化硅化物涂層的方法，該涂層有效解決了鈮合金在800℃以上，尤其是在1100℃上下大氣環境中劇烈氧化問題；中國專利CN104561882A公開了一種采用高能等離子噴涂工藝在鈮合金表面制備具有底涂層 Mo_1-xW_x(Si_1-y-zAl_yB_z)₂+面涂層Mo_1-xW_x(Si_1-y-zAl_yB_z)₂-(10-20)wt.％HfSi₂的雙層結構的涂層，該涂層在1500-1800℃具有優異的抗高溫氧化性能。由此可見，多組元硅化物涂層是鈮合金表面高溫防護涂層的未來發展方向。盡管其中一些體系已經成功地應用到航空航天領域中鈮合金高溫保護上，但是簡化涂層制備工藝流程，提高涂層組織均勻性、成分結構的可控性以及制備更高性能的保護涂層一直是鈮合金表面抗氧化硅化物涂層研究的重點。

放電等離子燒結工藝是近年來備受重視的一種新的粉末冶金燒結技術，具有在加壓過程中燒結的特點，脈沖電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利于降低粉末的燒結溫度。同時低電壓、高電流的特征，能使粉末快速燒結致密。它的工藝優勢十分明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料。目前已有科研工作者嘗試采用放電等離子燒結工藝在鈮合金表面制備抗氧化涂層，但涂層組織致密性欠缺，且涂層中存在較大的內應力，高溫氧化過程中容易產成大的裂紋，甚至嚴重時會發生涂層崩落，從而失去保護作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈮合金表面耐高溫多組元硅化物涂層，組織結構均勻，組成成分可控，具有良好的抗高溫氧化能力。