[發明專利]一種耐熱蝕復合防護涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110033426.7
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112877637B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 何東青;尚倫霖;李文生;成波;翟海民;張新健
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C4/129;C23C14/00;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16;C23C14/35;C23C14/50;C23C14/54;C23C28/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種耐熱蝕復合防護涂層及其制備方法，屬于防護涂層技術領域。包括依次層疊設置的NiCr?Cr₃C₂涂層、Cr過渡層、Cr/CrAlN過渡層和CrAlN層。本發明中，CrAlN過渡層封閉了NiCr?Cr₃C₂涂層表面空隙、微裂紋等缺陷，避免了熱腐蝕介質由于涂層表面缺陷入侵引起的熱腐蝕，NiCr?Cr₃C₂涂層為CrAlN層提供了硬質支撐且使得熱膨脹系數從金屬基體到硬質薄膜實現了平穩過渡，大幅減緩了熱熱腐蝕和熱震過程中的熱應力；熱腐蝕過程中復合涂層表面形成致密且均勻的Cr₂O₃/Al₂O₃氧化物保護膜，有效抑制了高溫腐蝕介質的進一步擴散和遷移，進而減緩了熱腐蝕進程。

技術領域

本發明涉及防護涂層技術領域，尤其涉及一種耐熱蝕復合防護涂層及其制備方法。

背景技術

高溫耐磨蝕材料一直以來都是科研工作者的主要研究方向。工業零部件(如球閥，鍋爐管，過熱器管等)的高溫摩擦學性能及熱腐蝕性能對其使用壽命有至關重要的影響。

NiCr-Cr₃C₂作為一種耐磨涂層材料，其在各種腐蝕性工況中具有較好的耐腐蝕、耐高溫氧化性能，因此被廣泛用于高溫磨蝕零件表面強化材料，然而，高溫硬度低、孔隙率高等問題導致涂層的耐磨損性能和耐腐蝕性能下降；CrN薄膜結構致密，具有相對較好的耐腐蝕性能，但薄膜與基體的熱膨脹系數嚴重不匹配，熱應力較高，削弱了薄膜的結合力，導致薄膜分層剝離，嚴重限制了薄膜在高溫工況下的實際應用。

現有技術中將NiCr-Cr₃C₂涂層和CrN薄膜結合，組成CrN/NiCr-Cr₃C₂復合涂層，實現了熱膨脹系數從薄膜到基體的平穩過渡，且CrN/NiCr-Cr₃C₂復合涂層表現出較單一涂層更好的耐腐蝕性能，但是該復合涂層仍存在耐熱蝕性能不佳的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種耐熱蝕復合防護涂層及其制備方法。本發明提供的復合防護涂層耐熱蝕性能優異。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種耐熱蝕復合防護涂層，在金屬基體表面包括依次層疊設置的NiCr-Cr₃C₂涂層、Cr過渡層、Cr/CrAlN過渡層和CrAlN層。

優選地，所述NiCr-Cr₃C₂涂層的厚度為150～300μm。

優選地，所述Cr過渡層的厚度為100～250nm。

優選地，所述Cr/CrAlN過渡層的厚度為200～300nm。

優選地，所述CrAlN層的厚度為2～4μm。

本發明還提供了上述技術方案所述耐熱蝕復合防護涂層的制備方法，包括以下步驟：

在金屬基體表面進行超音速火焰噴涂，得到NiCr-Cr₃C₂涂層；

以Cr靶和CrAl靶為濺射靶材，在所述NiCr-Cr₃C₂涂層的表面進行閉合場非平衡磁控濺射，依次得到Cr過渡層、Cr/CrAlN過渡層和CrAlN層。

優選地，所述超音速火焰噴涂的氧氣流量為160～200L·min^-1，丙烷流量為15～20L·min^-1，送粉速率為40～45g·min^-1，噴涂距離為150～200mm。