[發(fā)明專利]一種陶瓷基復(fù)合材料表面沉積高熵合金涂層的方法

在審

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• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115537808A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭靜波;張浩;周子翼;彭曉
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 張文杰

本發(fā)明一種陶瓷基復(fù)合材料表面沉積高熵合金涂層的方法以AlCoCrFeNi高熵合金和Si粉的混合物為原料，在碳化硅纖維增強碳化硅（SiC_f/SiC）陶瓷基復(fù)合材料表面預(yù)先激光熔化沉積過渡層，其后再在過渡層上激光熔化沉積AlCoCrFeNi高熵合金層。本發(fā)明Si/HEAs混合涂層既保證了涂層與基材熱膨脹系數(shù)匹配，又提升了過渡層與高熵合金涂層的潤濕性。本發(fā)明利用激光熔化沉積增材制造技術(shù)和工藝參數(shù)的調(diào)整，減少了Si元素的擴散，在基材表面沉積無明顯缺陷的完整AlCoCrFeNi高熵合金涂層，高熵合金涂層致密性高，組織細(xì)小，具有優(yōu)異的抗高溫腐蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料表面沉積高熵合金涂層的方法，具體屬于金屬材料增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代航空發(fā)動機的高壓渦輪主要采用鎳基高溫合金材料，其最大工作溫度大約為1100℃，為了提高發(fā)動機的推重比，需要進一步提高發(fā)動機的工作溫度,這也使得傳統(tǒng)的鎳基高溫合金材料無法滿足需求，因此需要研發(fā)更耐高溫的結(jié)構(gòu)材料。

碳化硅纖維增強碳化硅（SiC_f/SiC）陶瓷基復(fù)合材料具有高強度、抗腐蝕、耐高溫、低密度等特點，是最有潛力成為下一代航空發(fā)動機熱端部件的材料之一。但是發(fā)動機惡劣的服役環(huán)境如高溫、高壓水蒸氣、高速燃流沖刷、各種熔鹽雜質(zhì)，會導(dǎo)致材料腐蝕失效，因此在材料表面制備環(huán)境障涂層是有效解決該問題的方法之一。

目前的環(huán)境障涂層研究主要為以稀土硅酸鹽為面層的環(huán)境障涂層，其在使用過程中容易產(chǎn)生裂紋，進而導(dǎo)致基體材料與水蒸氣反應(yīng)發(fā)生腐蝕失效從而影響涂層的使用壽命和防護效果。本發(fā)明制備的高熵合金涂層，具有綜合力學(xué)性能好，裂紋傾向小的優(yōu)點，其較高鋁元素含量，能保證在高溫環(huán)境服役下，與氧氣反應(yīng)生成致密的Al₂O₃層，阻止SiC_f/SiC陶瓷基復(fù)合材料基體在高溫環(huán)境下腐蝕失效，從而達到延長結(jié)構(gòu)材料的服役壽命的目的。目前在發(fā)動機材料表面制備環(huán)境障涂層主要采用的方法為等離子噴涂、漿料浸漬法，但是這兩種方法分別具有工藝設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴和工藝周期長、制備的涂層致密性差等缺點，降低了其在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用效率。本發(fā)明采用激光增材制造技術(shù)，這項技術(shù)省時、效率高等特點，此外還具有能量密度高、制備的涂層組織均勻、晶粒細(xì)小、涂層與基體結(jié)合力好等特點。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供一種陶瓷基復(fù)合材料表面沉積高熵合金涂層的方法。本發(fā)明方法是利用激光熔化沉積增材制造技術(shù)，實現(xiàn)了高致密、組織細(xì)小的高熵合金涂層的制備。本發(fā)明方法在保證無氣孔、無夾雜等缺陷條件下，制得具有優(yōu)異的抗高溫腐蝕的AlCoCrFeNi高熵合金（HEAs）涂層。

本發(fā)明一種陶瓷基復(fù)合材料表面沉積高熵合金涂層的方法以AlCoCrFeNi高熵合金和Si粉的混合物為原料，在SiC_f/SiC陶瓷基復(fù)合材料表面預(yù)先激光熔化沉積過渡層，其后再在過渡層上激光熔化沉積AlCoCrFeNi高熵合金層，具體包括以下步驟：

步驟1：將AlCoCrFeNi高熵合金與Si粉按1∶1質(zhì)量比例混合，得到混合粉末；所述的AlCoCrFeNi高熵合金中，Al、Co、Cr、Fe和Ni的原子百分比為1∶1∶1∶1∶1；

步驟2：將混合粉末放入干燥箱內(nèi)，真空環(huán)境下加熱至100～120℃，干燥處理12h；

步驟3：將步驟2中干燥后的混合粉末加入至激光沉積設(shè)備的送粉器內(nèi)；

步驟4：以SiC_f/SiC陶瓷基復(fù)合材料為基板，經(jīng)前處理后，安置在激光沉積設(shè)備中的激光發(fā)射器下方；

步驟5：設(shè)置激光工藝參數(shù)，打開氬氣；

步驟6：在氬氣保護下，運行激光沉積設(shè)備，在SiC_f/SiC陶瓷基復(fù)合材料基板上激光熔化沉積出涂層的過渡層；氬氣流量控制為8L/min；

步驟7：取出送粉器中的混合粉末，清理送粉器和送粉管路，再將AlCoCrFeNi高熵合金粉末加入至送粉器中；