一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：取镀件基体预处理后，置于加入CeO2颗粒的电镀液中，进行电沉积处理，即具有Ni‑CeO2梯度镀层的镀件；(2)：再将步骤(1)得到的镀件掩埋在含铝粉渗剂中，进行低温渗铝，即在镀件表面完成构建δ‑Ni2Al3‑CeO2/Ni‑CeO2涂层体系。与现有技术相比，本发明专利技术可在高温环境下形成CeO2富集层，阻碍涂层和基体的互扩散，同时能够显著提高表面热生长氧化膜的抗氧化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法
本专利技术涉及一种高温合金防护涂层领域，尤其是涉及一种CeO2改性铝化物梯度涂层体系的制备方法。
技术介绍
扩散铝化物涂层是工业应用最早且应用范围最广的高温防护涂层。但其在实际使用过程中，涂层中抗高温元素会逐渐损失，直至丧失保护能力，这个过程称为涂层的退化。涂层退化主要发生在涂层/环境和涂层/基体相界面。在涂层/环境界面，铝化物涂层可热生长一层保护性Al2O3，有效抑制涂层的进一步氧化。但目前存在的主要问题是热生长Al2O3膜和涂层的黏附性能不甚理想。大量研究表明，向铝化物涂层中添加微Pt或稀土元素可进一步降低氧化膜的生长速率，提高氧化膜的黏附性能。在涂层/基体界面，由于铝化物涂层中的Al含量远高于基体，Al会由涂层向基体扩散。为抑制互扩散，在涂层和基体之间施加一层阻碍涂层和基体互扩散的扩散障是一种较为有效的方法。目前，扩散障主要分两种，金属基扩散障和陶瓷基扩散障。对于扩散铝化物涂层/合金体系来说，应用的主要是金属基扩散障，例如Re-Cr-Ni，Ni-W，Co-Ru和Hf。但是，这些金属基扩散障并不能完全阻碍涂层和基体之间的互扩散，它们在长时间使用后会发生退化。相较而言，陶瓷涂层(如氮化物，氧化物等)由于具有突出的元素扩散阻挡能力、较高的熔点和高温热稳定性，是扩散障涂层更好的选择。但由于工艺的限制，目前这些陶瓷基涂层(如TiN，Al-O-N，Cr-O-N，α-Al2O3等)主要应用于MCrAlY/合金体系而极少应用于扩散铝化物涂层和合金基体之间。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种CeO2改性铝化物梯度涂层体系的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术提出了一种CeO2改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，包括以下步骤：(1)：取镀件基体预处理后，置于加入CeO2颗粒的电镀液中，进行电沉积处理，即具有Ni-CeO2梯度镀层的镀件；(2)：再将步骤(1)得到的镀件掩埋在含铝粉渗剂中，进行低温渗铝，即在镀件表面完成构建δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(1)中所述的电镀液包含有硫酸镍、柠檬酸钠、硼酸和氯化钠。更优选的实施方式中，步骤(1)中的电镀液中，硫酸镍的含量为150g/L，柠檬酸钠的含量为120g/L，硼酸为35g/L，氯化钠为12g/L。电镀液中，柠檬酸钠主要起增强阴极极化作用，提高镀液稳定性能；硫酸镍作为主盐，为试件提供金属阳离子；硼酸作为调节pH值的缓冲剂；氯化钠作为附加盐，即活化剂，防止阳极的钝化，提高镀液的导电性能、分散力和覆盖力，改善阴极电流密度，增强其极化程度。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(1)中，电沉积过程中，电镀液的温度为29℃-31℃，pH＝4，电流密度为2A/dm2。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(1)中，采用两次电沉积处理，其中，第一次电沉积处理中，CeO2颗粒在电镀液中的加入量为20g/L，电沉积时间为1-1.5h，第二次电沉积处理中，CeO2颗粒在电镀液中的加入量为2g/L，电沉积时间为0.5-1h，电沉积总时间为2h。为避免镀液中的氧化物颗粒发生团聚现象，在向镀液中添加氧化物颗粒时，需先将氧化物颗粒加入少量蒸馏水中用超声波仪器超声30分钟，待颗粒充分悬浮后再向该烧杯中倒入溶液配置成所需镀液。镀液在使用前仍需放入超声清洗仪中超声30分钟，超声的同时需要用玻璃棒进行搅拌，使镀液充分均匀，从而提高镀件质量。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(1)中预处理步骤如下：将基体进行打磨，并将所有棱角、棱边倒成圆角，然后依次选用蒸馏水、酒精、丙酮进行超声清洗，烘干。在本专利技术的一种优选的实施方式中，打磨在预磨机上依次用150#、400#、800#的砂纸进行逐级水磨，在电镀前再使用800#砂纸手磨。若试样预处理不理想，则会直接影响到镀件的质量以及影响后续实验结果。主要影响有三个方面：1.样表面有划痕不平整影响镀件表面均匀性；2.试样倒边、倒角不圆滑有尖角导致镀件产生毛刺；3.试样表面油污杂质残留导致镀件表面不均匀。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(2)中，所述的含铝粉渗剂由Al粉、NH4Cl和Al2O3组成，其中，Al粉含量为40wt.％，Al2O3含量为56wt.％，NH4Cl含量为4wt.％。更优选的实施方式中，步骤(2)中，铝粉的粒径为75μm。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中低温高活度渗铝的具体步骤为：渗剂总质量为70g，将NH4Cl用陶瓷研磨钵仔细研磨成细腻的粉末后，加入铝粉和Al2O3，由于渗剂成分的均匀性对渗件表面质量影响较大，因此将渗剂充分搅拌均匀后，再与具有Ni-CeO2梯度镀层的镀件一起放入圆柱铁罐中，垂直摆放(相比于水平摆放而言，渗铝截面更均匀)，全部掩埋在渗剂里，用石棉封口后，放入管式气氛炉内在惰性气体的保护下进行随炉加热-保温-冷却。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(2)中，低温渗铝的工艺条件为：在惰性气体保护下，控制温度为600-700℃，处理4-6h。本专利技术优选采用梯度升温，具体升温过程为：在18min内升温到120℃，恒温2h，在1h内升温到520℃，恒温18min，在30min内升温到620℃，恒温5h，后冷却至室温。梯度升温主要是渗铝炉升温速度较快，如果不采用梯度升温，最终实际温度会超出设定温度较多，影响渗铝结果。本专利技术使用“梯度复合电沉积+低温渗铝”两步法制备CeO2含量梯度分布的δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系。该涂层体系表面CeO2含量较低(～1wt.％)，可显著提高表面热生长氧化膜的抗氧化性能，δ-Ni2Al3/Ni界面CeO2含量较高(～3wt.％)，可在高温环境下形成CeO2富集层，阻碍涂层和基体的互扩散。与现有技术相比，本专利技术制备的CeO2改性铝化物梯度涂层体系具有较好的抗退化性能，和通过对Ni-1wt.％CeO2复合镀层低温渗铝得到的CeO2含量均匀的δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系相比，该铝化物涂层和基体互扩散较小；通过对Ni-3wt.％CeO2复合镀层低温渗铝得到的CeO2含量均匀的δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2体系相比，该铝化物涂层体系氧化动力学低，氧化膜抗剥落性能好。附图说明图1为电沉积装置示意图；图2为镀件摆放情况的示意图；图3为渗铝炉温设置的示意图；图4为Ni基体复合电沉积Ni-CeO2复合梯度镀层渗铝后截面形貌；图5为Ni基体复合电沉积Ni-1wt.％CeO2均匀复合镀层渗铝后截面形貌；图6为Ni-CeO2复合梯度镀层渗铝制备的δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系1000℃真空退火(a)10min和(b)60min后的XRD图谱；图7为Ni-CeO2复合梯度镀层渗铝制备的δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系真空退火(a)10min和(b)60min后截面形貌、Ni和Al元素浓度随深度变化曲线及局部Al定量分析结果；图8为Ni-1wt.％CeO2复合镀层渗铝制备的δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系1000℃真空退火(a)10min和(b)60min后的XRD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：取镀件基体预处理后，置于加入CeO2颗粒的电镀液中，进行电沉积处理，即具有Ni‑CeO2梯度镀层的镀件；(2)：再将步骤(1)得到的镀件掩埋在含铝粉渗剂中，进行低温渗铝，即在镀件表面完成构建δ‑Ni2Al3‑CeO2/Ni‑CeO2涂层体系。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：取镀件基体预处理后，置于加入CeO2颗粒的电镀液中，进行电沉积处理，即具有Ni-CeO2梯度镀层的镀件；(2)：再将步骤(1)得到的镀件掩埋在含铝粉渗剂中，进行低温渗铝，即在镀件表面完成构建δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系。2.根据权利要求1所述的一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的电镀液包含有硫酸镍、柠檬酸钠、硼酸和氯化钠。3.根据权利要求2所述的一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的电镀液中，硫酸镍的含量为150g/L，柠檬酸钠的含量为120g/L，硼酸为35g/L，氯化钠为12g/L。4.根据权利要求1所述的一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，电沉积过程中，电镀液的温度为29℃-31℃，pH＝4，电流密度为2A/dm2。5.根据权利要求1所述的一种二氧化铈改性铝化物梯度涂层体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用两次电沉积处理，其中，第一次电沉积处理中，CeO2颗粒在电镀液中的加入量为20g/L，电沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓晓，孙丹，徐新成，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31