[發明專利]一種馬氏體不銹鋼表面Cr-AlSi復合涂層、方法

在審

• 申請號: 202210182206.5
• 申請日: 2022-02-26
• 公開（公告）號: CN114525476A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 解志文;劉天新;向林;高旭;陳永君;陶健全;姚權桐;徐凡;孫際鵬
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學;中國兵器裝備集團西南技術工程研究所
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/58;C23C14/08;C23C14/10;C23C14/16
• 代理公司: 重慶立川知識產權代理事務所(普通合伙) 50285
• 代理人: 廖明亮

本發明提供了一種馬氏體不銹鋼表面Cr?AlSi復合涂層及方法，涂層包括沉積在馬氏體不銹鋼表面的Cr層，以及沉積在Cr層上的AlSi層，AlSi層中的Al含量為75～80at.%，Si含量為20～25at.%；制備方法步驟包括表面處理、沉積Cr層、沉積AlSi層；前述Cr?AlSi復合涂層在高溫環境中的自修復方法步驟包括將沉積有Cr?AlSi復合涂層的馬氏體不銹鋼試件置于高溫環境中，控制高溫環境中的氧含量為21±1%、溫度為650±3℃、氧化時間為200±0.1小時，結束后取出試件。本發明能夠自修復高溫環境下的Cr?AlSi復合涂層孔洞結構，能夠顯著提升馬氏體不銹鋼的抗氧化性能和耐蝕性，能夠在涂層中形成Cr2O3和SiO2的混合氧化物保護層，特別是能夠抑制Fe2Al5和FeAl的形成，阻止馬氏體不銹鋼表面富鐵金屬化合物增加。

技術領域

本發明屬于不銹鋼涂層技術領域，具體涉及一種馬氏體不銹鋼表面Cr-AlSi復合涂層及其制備方法，以及該涂層在氧環境中的自修復方法。

背景技術

1Cr13為馬氏體不銹鋼，其淬透性好，并具有較高硬度、韌性，較好的熱強性、減震性和冷變形性能，它主要用于制作力學性能要求較高并承受載荷的裝備零部件(如汽輪機葉片、水壓機閥)，也可制作耐弱腐蝕介質的設備和部件。然而，馬氏體不銹鋼也面臨退化甚至失效的問題，基于此，在馬氏體不銹鋼表面進行涂層保護是兼顧其力學性能與耐蝕性能切實有效的途徑。

目前，應用在馬氏體不銹鋼表面的涂層主要有鋁化物涂層，其在基體表面形成的Al₂O₃膜可以增強基體的防護性能。研究表明，沉積有AlSi涂層的馬氏體不銹鋼在使用過程中會發生FeAl₃→Fe₂Al₅→FeAl的結構變化，向表層提供Al³⁺，形成連續致密的Al₂O₃氧化膜，涂層中的Si元素可以控制合金相的轉變速率，提高Al₂O₃氧化膜的塑性，降低涂層的脆性，增強層的吸附能力。然而，隨著零件工作溫度的升高及其周圍惡劣環境的影響，AlSi涂層的保護作用會大大降低，特別是高溫(溫度大于600℃)環境會使AlSi涂層降解，并在氧化表層形成不均勻Al-Si-Fe分布的層狀亞結構，且隨著時間的延長，Fe/Si和Fe/Al的比值增加，富鐵金屬化合物增加，進而嚴重影響涂層及其零件的使用壽命。更關鍵地是，在高溫環境下使用后的馬氏體不銹鋼AlSi涂層會出現松多孔結構。

發明內容

本發明目的之一在于提供一種能夠阻止/抑制馬氏體不銹鋼表面富鐵金屬化合物增加的Cr-AlSi復合涂層及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下所述技術方案。

一種馬氏體不銹鋼表面Cr-AlSi復合涂層，其特征在于：它包括沉積在馬氏體不銹鋼表面的Cr層，以及沉積在Cr層上的AlSi層，其中，Cr層的厚度為4～6微米，AlSi層的厚度為20～30微米，AlSi層中的Al含量為75～80at.％，Si含量為20～25at.％，at.％表示原子百分含量。

前述Cr-AlSi復合涂層的制備方法，步驟如下：

步驟1，先用砂紙對切割好的馬氏體不銹鋼基體進行打磨，去除線切割痕跡，然后采用丙酮和酒精洗去表面油污，再進行噴砂處理；

步驟2，采用純鉻靶在所述馬氏體不銹鋼基體表面沉積Cr層，具體地：先控制真空室內真空度達到1×10^-3Pa～2×10^-2Pa時，將真空室加熱至200～530℃；然后向真空室通入氬氣，氣壓控制在0.1～4Pa；然后控制脈沖負偏壓在-40～-1500V，通過電弧增強氣體輝光放電，對所述馬氏體不銹鋼基體表面進行輝光清洗10～90分鐘；然后控制脈沖負偏壓至-50V～-500V，調整氬氣氣壓0.2～2Pa，啟動鉻靶，控制鉻靶弧流為80～150A，在所述馬氏體不銹鋼基體表面沉積Cr層1～20分鐘；