[發明專利]一種鎳基合金表面微弧氧化制備陶瓷膜層的方法

在審

• 申請號: 202011144306.6
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112342592A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 楊思雨;黃俊;徐吉林;孫宇航;崔世宇;羅軍明;張劍平
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C25D11/34
• 分類號: C25D11/34
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明公開了一種鎳基合金表面微弧氧化制備陶瓷膜層的方法，方法步驟為：制作鎳基合金板實驗試樣；采用硝酸鋁與酒精配制電解溶液；將電解溶液倒入接有微弧氧化脈沖陽極的反應槽并進行攪拌，并將實驗試樣連接微弧氧化脈沖陰極固定置于電解液液面下，通過反應槽壁內部的冷卻水流動來降低反應時的溫度；開啟微弧氧化脈沖電源，采用恒流法，在反應槽中出現弧光放電，并點擊微弧氧化脈沖電源觸摸屏上的關閉按鈕，使試樣隨反應槽冷卻至室溫，獲得陶瓷膜層。操作簡單方便、能耗小、成本低并且環保效果好，產生的陶瓷膜層化學穩定性好、機械強度大、耐高溫、與基體結合良好，是一種性能非常良好的陶瓷膜層，所制備的陶瓷膜層適合工業化生產。

技術領域

本發明涉及鎳基高溫合金以及微弧氧化技術，具體涉及一種鎳基合金表面微弧氧化制備陶瓷膜層的方法。

背景技術

鎳基高溫合金具有組織結構穩定、抗氧化能力強和工作溫度高等優異性能，在合金85%的熔點溫度時（高達650～1000℃）仍可保持較高的強度和良好的抗氧化性，因而在航空發動機和工業燃氣輪機等熱端部件得到廣泛應用。在現代航空發動機中，鎳基高溫合金的用量占發動機總質量的80%左右。由于在高溫、高燃氣腐蝕、循環載荷、振動以及高推重比等嚴苛的工作環境中長期服役，鎳基高溫合金部件易發生損傷，嚴重制約著裝備的正常使用和服役安全，給國民經濟發展帶來巨大損失。

關于如何提高鎳基高溫合金的使用溫度及延長使用壽命，已然成為研究的熱點。熱障涂層能夠在鎳基高溫合金和高溫燃氣之間產生較大的溫降，類似一個隔絕層，從而使高溫工作介質下不能夠直接作用在零件基體表面，對基體有一個有效的保護。ZrO2、Al2O3、SiO2等是被經常使用的熱障涂層材料，其中Al2O3薄膜機械強度高、硬度高、耐磨、抗蝕、高溫穩定性好、化學惰性強, 所以在機械領域中得到廣泛應用。采用適當的技術，把熱障涂層材料沉積在高溫合金表面，形成的熱障涂層就可以解決上述問題。

微弧氧化又稱為等離子體氧化或陽極火化沉積，它不同于普通的陽極氧化，而是一種在Al、Mg、Ti等金屬表面上，于非拉第區進行火花放電，原位生長陶瓷氧化膜的新技術。簡單來講，就是在高電壓和脈沖電源的作用下產生等離子放電，從而在基體表面生成薄薄的一層氧化物層。鋁酸鹽體系下微弧氧化會生成一種性能類似于燒結碳化物的Al₂O₃，這種膜的特點是耐磨性好、硬度高，但膜表面粗糙。目前微弧氧化因其獨特的優勢，被廣泛應用在醫療機械、模具以及航空Al、Mg等零部件上，但是在鎳基高溫合金表面微弧氧化制備陶瓷膜層的方法在國內外鮮有報道。

發明內容

為解決在鎳基合金表面制備陶瓷膜層的現狀，本發明提供一種微弧氧化制備陶瓷膜層的方法，在鎳基高溫合金表面獲得結合良好的形成的熱障涂層，提高鎳基高溫合金部件的機械強度和高溫穩定性能。

本發明的目的是這樣實現的。一種鎳基合金表面微弧氧化制備陶瓷膜層的方法，包括以下步驟：

S1、制作鎳基合金板實驗試樣；

S2、采用硝酸鋁與酒精的重量比為1︰40來配制1L的電解溶液；

S3、將電解溶液倒入接有微弧氧化脈沖陽極的反應槽并進行攪拌，并將實驗試樣連接微弧氧化脈沖陰極固定置于電解液液面下1-2cm處，通過反應槽壁內部的冷卻水流動來降低反應時的溫度；

S4、開啟微弧氧化脈沖電源，脈沖電源頻率為500HZ，死區時間為5%以及正負占空比分別為45%和-45%，采用恒流法，且最大電流4.5A調控電壓；

S5、當電壓調至400V時，在反應槽中出現弧光放電，保持電壓微弧氧化2h后，將電壓和電流調至0，并點擊微弧氧化脈沖電源觸摸屏上的關閉按鈕，使試樣隨反應槽冷卻至室溫，獲得陶瓷膜層。

進一步，所述步驟S1中，鎳基合金板的實驗試樣尺寸為12*4*2mm³。