[發(fā)明專利]一種鈮合金表面耐高溫高阻氧隔熱涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111275683.8
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN113969394B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮晶;陳琳;張陸洋;王建坤;蘇濤
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/58;C23C4/08;C23C4/18;C23C4/11;C23C28/00;C23C14/30;C23C24/04;C23C4/134;C23C4/137
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 張博

本發(fā)明公開了一種鈮合金表面耐高溫高阻氧隔熱涂層及其制備方法，所述涂層包括粘結(jié)層、抗氧化層、阻氧傳播層和隔熱降溫層，其制備方法包括如下步驟：采用金屬鉭在鈮基合金表面制備形成粘結(jié)層；將粘結(jié)層放置于空氣中，金屬鉭發(fā)生氧化，使粘結(jié)層表面形成氧化鉭抗氧化層；用陶瓷材料在抗氧化層表面制備形成阻氧傳播層；用陶瓷材料在阻氧傳播層表面制備形成隔熱降溫層。本發(fā)明制備的涂層材料具有隔熱降溫、耐高溫、抗氧化、阻氧傳播和耐腐蝕等性能，能使鈮基合金在接近其熔點(diǎn)的溫度下長期服役，打破了傳統(tǒng)鈮合金材料的工作極限溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金表面防護(hù)涂層及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈮合金表面耐高溫高阻氧隔熱涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

金屬鈮屬于難熔金屬，熔點(diǎn)超過2400℃，在極高的溫度范圍內(nèi)(1000-1470℃)具有極高的強(qiáng)度，同時(shí)金屬鈮具有優(yōu)異的塑性，加工和焊接性能良好，因此能夠制造成為薄板和外形復(fù)雜的零件，在航空航天領(lǐng)域常常作為熱防護(hù)和結(jié)構(gòu)材料使用。此外，在金屬鈮中加入不同類型的金屬元素，并通過成分調(diào)控和組織控制能夠進(jìn)一步提高鈮基合金的各項(xiàng)性能，從而進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。然而，在航空航天應(yīng)用中，鈮基合金的工作環(huán)境溫度通常超過1000℃，而金屬鈮在有氧環(huán)境下溫度超過700℃時(shí)會發(fā)生氧化，生成五氧化二鈮(Nb₂O₅)，但是金屬鈮和五氧化二鈮之間存在熱物理性能差異，這會導(dǎo)致氧化鈮從金屬鈮表面迅速剝落，因此使得鈮基合金失效，無法使用，降低其服役期限。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種鈮合金表面耐高溫高阻氧隔熱涂層及其制備方法，通過在鈮合金表面制備具有耐高溫、高阻氧、抗氧化的高隔熱涂層材料，阻礙環(huán)境中的氧氣與鈮基合金材料接觸，防止金屬鈮氧化失效，同時(shí)通過降低鈮基合金的表面溫度，延緩氧化反應(yīng)的進(jìn)行，從而獲得能夠在高溫有氧環(huán)境中長期有效服役的鈮基合金材料，以解決鈮基合金材料由于高溫氧化失效問題而限制了其應(yīng)用范圍和工作溫度的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種鈮合金表面耐高溫高阻氧隔熱涂層的制備方法，按先后順序，依次在鈮基合金表面制備粘結(jié)層、抗氧化層、阻氧傳播層和隔熱降溫層，包括如下步驟：

(1)采用金屬鉭在鈮基合金表面制備形成粘結(jié)層；

(2)將粘結(jié)層放置于空氣中，金屬鉭發(fā)生氧化，使粘結(jié)層表面形成氧化鉭抗氧化層；

(3)用陶瓷材料在抗氧化層表面制備形成阻氧傳播層；

(4)用陶瓷材料在阻氧傳播層表面制備形成隔熱降溫層。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中，所述粘結(jié)層的制備方法選自冷噴涂、電子束物理氣象沉積和真空等離子噴涂中的至少一種。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中，通過冷噴涂的方式在鈮基合金表面制備粘結(jié)層，冷噴涂過程中以壓縮氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，噴涂壓力為0.5～0.9MPa，噴涂距離為20～40mm，噴涂溫度為900～1200℃，送粉速率為30～50g/min，涂層沉積速率為10～30微米每分鐘，噴涂時(shí)間為2～10分鐘；優(yōu)選地，冷噴涂過程中，噴涂壓力為0.6～0.8MPa，噴涂距離為25～30mm，噴涂溫度為950～1200℃，送粉速率為35～50g/min，涂層沉積速率為15～25微米每分鐘，噴涂時(shí)間為2～8分鐘。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中，所使用的的金屬鉭為球形粉末，粒徑為30～70微米。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中，所述粘結(jié)層的厚度為60～200微米，優(yōu)選為70～200微米，更優(yōu)選為80～200微米。

進(jìn)一步，所述步驟(2)中，粘結(jié)層在空氣中放置一小時(shí)及以上。

進(jìn)一步，所述步驟(2)中，氧化鉭抗氧化層的厚度小于1微米，優(yōu)選為0.1～1微米，不包含1微米，更優(yōu)選為0.5～1微米，不包含1微米。