[發明專利]一種提高表面質量的自愈合涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202210363388.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114657500A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 李微;覃厚軍;余昌科;黃偉穎;吳澤林;李聰;任延杰;周立波;陳薦;陳建林;李磊;張英哲;廖力達;陳安琪
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/073;C23C4/06;C23C4/02;C23C4/18
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 黃敏華

本發明公開了一種提高表面質量的自愈合涂層及其制備方法，屬于金屬材料防護涂層技術領域。所述涂層采用等離子噴涂的方式噴涂在基體上，所述涂層由內至外依次包括：40?60μm的NiCrAlY粘結層、40?60μm的NiCrAlY+TiC自愈合層、60?80μm的NiCrAlY+AT13陶瓷環境阻擋層，以及40?60μm激光重熔層；自愈合層中NiCrAlY和TiC的質量比為1:1；環境阻擋層中NiCrAlY和AT13的質量比為1:3；激光重熔層由陶瓷環境阻擋層經激光重熔處理而得。本發明通過成分的設計、等離子噴涂和激光重熔技術的協同作用，使得涂層表面質量提高，具有較好的機械性能，不降低基體的力學性能。

技術領域

本發明涉及金屬材料防護涂層技術領域，具體涉及一種提高表面質量的自愈合涂層及其制備方法。

背景技術

超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環技術由于具有循環效率高、結構緊湊等優點，能夠降低大型電站的投資成本，是實現煤炭高效清潔發電的新途徑。由于超臨界CO₂布雷頓循環用于高溫高壓(28MPa/620℃或更高)條件，其對閥門材料耐熱鋼的腐蝕仍然難以避免。耐熱鋼在面臨S-CO₂腐蝕的同時，長期處于高溫應力循環的載荷下，由于環境-疲勞因素的影響，易從表面萌生微裂紋，并在高溫下生長，最終破壞。因此，如何提高閥門材料的耐蝕性和表面質量是S-CO₂發電系統亟需解決的問題之一。

對閥門材料進行噴涂形成涂層是一種有效的提升材料耐蝕性的方式之一。噴涂技術是將粉末材料利用高速惰性氣流將顆粒噴射到基體材料的表面形成層狀顯微結構的一種工藝，具有沉積速度較快、生產率較高和適應范圍廣等優勢。但是，形成的陶瓷涂層具有一定的孔隙率，成分偏析，利用高壓氣體使涂層與基體表面機械結合，強度較差。

在陶瓷涂層中加入自愈合劑，通過其高溫下的氧化反應生成的氧化物來堵住因涂層開裂而形成的“通道”，從而改善涂層的力學性能，并局部抑制環境中的氧向涂層內部過快滲透，從而防止涂層在服役過程中過早失效。關于自愈合陶瓷材料的研發，剛開始主要集中在SiC、TiB₂等陶瓷，但是愈合條件比較苛刻，愈合的溫度要在1400℃以上，接近該類氧化物陶瓷的熔點，其主要愈合機制跟重燒結相類似。同時由于愈合溫度較高，存在晶粒嚴重長大的問題，大大降低了陶瓷材料的性能。例如，專利申請號為CN201810351184.4的專利《多元復相納米硼化物、相應超高溫抗氧化涂層及制備方法》公開了一種高溫自愈合涂層，采用包埋滲的方法制備SiC底層，采用低壓等離子噴涂工藝制備200～300μm的HfB₂-SiC-TiB₂復相面層。該涂層利用低壓等離子噴涂方法制備，涂層表面質量較差，在長期環境-疲勞載荷下易失效。專利申請號為CN201910174390.7的專利《一種在基體材料上形成的高溫抗燒蝕涂層及其制備方法和應用》公開了一種高溫抗燒蝕自愈合涂層，用化學氣相沉積法制備20-40μm的SiC過渡層，用真空等離子噴涂法制備100-120μm的ZrC-SiC-Gd₂0₃復相阻氧層，該涂層的自愈合相為SiC，其愈合溫度為1000-1500℃，不適用于較低溫度的熱環境。專利申請號為CN201810351184.4的專利《一種TiC/Co-Ni合金復合涂層的制備方法》公開了一種陶瓷涂層，采用等離子噴涂方法制備TiC/Co-Ni涂層，采用采用等離子噴涂法制備厚度為260-350μm的TiC/Co-Ni合金復合涂層。該成分復合涂層的顯微硬度僅為855.8HV_0.2，此方法制備的陶瓷涂層還存在許多孔隙，表面質量較差。