[發(fā)明專利]一種鉭基表面涂層、制備方法和高溫抗氧化材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310255754.0
• 申請(qǐng)日: 2023-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN116240546A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡圳陽(yáng);肖來榮;趙小軍;劉賽男;肖宇翔;劉冠群;羅逸豪;林文濤;張亞芳;徐嘉維;鄧冠志;查怡濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C28/04
• 分類號(hào): C23C28/04;C25D3/66;C23C10/44
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明屬于難熔金屬鉭基體表面高溫抗氧化涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種鉭基表面涂層、制備方法和高溫抗氧化材料，鉭基表面涂層包括依次設(shè)置在鉭基表面的硅化鉭層和硅化鎢層，本發(fā)明有效提高其高溫抗氧化性能和使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于難熔金屬鉭基體表面高溫抗氧化涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種鉭基表面涂層、制備方法和高溫抗氧化材料。

背景技術(shù)

鉭及其合金在常溫和高溫下均具有優(yōu)異的機(jī)械性能、抗蠕變性能、耐腐蝕性能、可焊接性能和加工性能，被廣泛用于電子元器件、航空航天飛行器、生物醫(yī)學(xué)植入材料等領(lǐng)域，與同為難熔金屬的鉬、鈮、鎢相比，鉭及其合金具有更好的韌性且不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度，因此也被應(yīng)用于大型核電裝置的動(dòng)力轉(zhuǎn)換用材料。但該材料的抗氧化性能較差，在600℃及更高溫度下會(huì)發(fā)生嚴(yán)重氧化，阻礙了鉭及其合金在高溫領(lǐng)域的直接應(yīng)用。

目前，高溫抗氧化涂層作為一種不影響基體力學(xué)性能且制備工藝簡(jiǎn)單的防護(hù)措施，被廣泛應(yīng)用于難熔金屬鉭及其合金的熱防護(hù)。在當(dāng)前的研究中，難熔金屬高溫抗氧化涂層包括鋁化物涂層、貴金屬涂層、硼化物涂層和硅化物涂層。

其中鋁化物涂層使用溫度一般不超過1500℃，貴金屬涂層防護(hù)溫度高達(dá)2200℃，但存在價(jià)格極其高昂的缺點(diǎn)，硼化物涂層僅能應(yīng)用于短時(shí)間的單次防護(hù)，且存在于難熔金屬基體熱膨脹系數(shù)不匹配、抗熱震性能不好等問題。

硅化物涂層得益于氧化產(chǎn)物SiO₂對(duì)涂層的修復(fù)填補(bǔ)能力以及SiO₂對(duì)氧氣擴(kuò)散的阻礙能力成為高溫抗氧化涂層的佼佼者，被國(guó)內(nèi)外科研單位廣泛研究。MoSi₂涂層作為硅化物涂層的一種，具有防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、防護(hù)溫度高、制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，其在高溫下的氧化產(chǎn)物為MoO₃和SiO₂，MoO₃的揮發(fā)性使得涂層表面僅留下具有保護(hù)作用的半熔融態(tài)SiO₂。

硅化物涂層的制備方法主要包括料漿燒結(jié)法、鹵化物包埋滲法、等離子噴涂法、激光熔覆法、真空鍍膜法、熔鹽電沉積法。其中料漿燒結(jié)法和鹵化物包埋滲法于上個(gè)世紀(jì)開始應(yīng)用，是制備硅化物涂層最為廣泛成熟的技術(shù)，但難以制備高熔點(diǎn)W組元為主體的涂層且外層易出現(xiàn)致密度低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鉭基表面涂層、制備方法和高溫抗氧化材料，提高其高溫抗氧化性能和使用壽命。

本發(fā)明為一種鉭基表面涂層，包括依次設(shè)置在鉭基表面的硅化鉭層和硅化鎢層，優(yōu)選由依次設(shè)置在鉭基表面的硅化鉭層和硅化鎢層組成，即硅化鎢層設(shè)置在硅化鉭層的外表面。

可選的，在硅化鎢層表面還設(shè)置有二氧化硅層，所述二氧化硅層可以在上述硅化鎢層高溫?zé)葡碌玫健?/p>

所述硅化鉭、硅化鎢層的總厚度為60~150μm。

可選的，所述鉭基為鉭單質(zhì)或者鉭合金。

本發(fā)明提供一種鉭基表面涂層的制備方法，包括如下步驟，在鉭基表面通過熔鹽電沉積法制備得到鎢層，所述熔鹽電沉積法使用的熔鹽為鎢酸鹽和氧化鎢的混合物，鎢酸鹽和氧化鎢的重量配比為80~95:5~20；電流密度為30~40?mA/cm²；然后在鎢層上制備得到硅化鎢層。

可選的，所述鎢層的厚度為30~70μm；可選的，所述鎢酸鹽為鎢酸鈉。

優(yōu)選的，所述鎢酸鹽和氧化鎢的重量配比為80~90:10~20，更優(yōu)選為90:10。電流密度優(yōu)選為38~42mA/cm²，更優(yōu)選為40?mA/cm²。

所述熔鹽電沉積法的電沉積溫度?900~1000℃，優(yōu)選為900-950℃，更優(yōu)選為950℃；電沉積時(shí)間1~4h，優(yōu)選為3~4h。