[發明專利]一種在鎳基合金表面微弧氧化-等離子濺射制備復合涂層的方法

在審

• 申請號: 202110457355.3
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113122844A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 黃俊;楊思雨;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: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C25D11/02;C25D11/34;C23C14/16;C23C14/34
• 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

本發明提供了一種在鎳基合金表面微弧氧化?等離子濺射制備復合涂層的方法，包括以下步驟：（1）先將鎳基合金基體置于電解液中進行微弧氧化，在鎳基合金表面形成微弧氧化陶瓷膜層；（2）再將微弧氧化后的鎳基合金進行等離子濺射，在微弧氧化陶瓷膜層表面形成NiCrAlY涂層。本發明提供的制備方法，操作簡單方便、能耗小、成本低并且環保效果好，制備的復合涂層中NiCrAlY涂層與微弧氧化陶瓷涂層結合良好、化學穩定性好、機械強度大、耐高溫，不僅能夠解決長時間處于高溫環境中的防護涂層與基體發生元素互擴散的行為，而且與基體結合良好，提高了鎳基高溫合金部件的機械強度和高溫穩定性能。

技術領域

本發明涉及合金表面處理技術領域，尤其涉及一種在鎳基合金表面微弧氧化-等離子濺射制備復合涂層的方法。

背景技術

鎳基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。

關于如何提高鎳基合金的使用溫度及延長使用壽命，已然成為研究的熱點。高溫防護涂層能夠在鎳基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。長時間處于高溫環境中的高溫防護涂層會與基體發生元素的互擴散，一方面涂層/基體界面附近形成的Kirkendall孔穴，降低涂層的性能:另一方面，會引起基體高溫抗蠕變性能的退化。

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，但是在鎳基合金表面微弧氧化制備陶瓷膜層來作為高溫防護涂層阻擋層的方法在國內外鮮有報道。

發明內容

為解決長時間處于高溫環境中的防護涂層與基體發生元素互擴散的行為，本發明提供了一種在鎳基合金表面微弧氧化-等離子濺射制備復合涂層的方法，包括以下步驟：

（1）先將鎳基合金基體置于電解液中進行微弧氧化，在鎳基合金表面形成微弧氧化陶瓷膜層；

（2）再將微弧氧化后的鎳基合金進行等離子濺射，在微弧氧化陶瓷膜層表面形成NiCrAlY涂層。

其中，所述鎳基合金進行微弧氧化之前先用金相砂紙打磨至表面無劃痕，再進行酸洗、干燥。

其中，所述電解液為硝酸鋁酒精溶液。

其中，所述電解液中，硝酸鋁的濃度為0.05-0.11 mol/L。

其中，所述微弧氧化的工藝參數為：脈沖電源頻率為500HZ，死區時間為5%，正負占空比分別為45%和-45%。

其中，電壓的可調范圍為400V-500V，當鎳基合金被擊穿時，在反應槽中出現劇烈的弧光放電，微弧氧化進行反應可調控的時間為20min-120min，反應完成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，在鎳基合金表面形成微弧氧化陶瓷膜層。

其中，所述微弧氧化過程中緩慢增大電壓，至弧光放電后保持電壓不變。