一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法。它依次包括以下步骤：（1）工件预处理；（2）采用冷喷涂将MCrAlY合金粉末喷涂至工件表面形成粘结底层；（3）采用等离子喷涂将8YSZ陶瓷粉末喷涂至粘结底层表面形成陶瓷层；（4）采用冷喷涂将Ta难熔金属粉末喷涂至陶瓷层表面形成耐蚀金属层；（5）重复步骤（3）和（4）交替制备陶瓷层和耐蚀金属层。本制备方法易于操作，其所得复合涂层结合强度高，不易脱落，稳定性好，兼具优异的隔热性能和耐腐蚀性能，能同时满足于中高温的高温环境和腐蚀性物质较多如海洋等易腐蚀环境中的应用，且其隔热抗烧蚀性能和耐腐蚀性能显著优于传统金属陶瓷双层隔热抗烧蚀涂层。

Preparation of a Corrosion-Resistant and Ablation-Resistant Composite Coating

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法
本专利技术涉及表面涂层
，具体涉及一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法。
技术介绍
隔热抗烧蚀涂层能够防止所涂覆的金属部件遭受高温腐蚀和高温氧化，被广泛应用于航空、航天、舰船、交通等领域，以解决航空发动机涡轮叶片及壳体、航天飞行器翼片、舰船活塞等高温部件的高温氧化和腐蚀问题。目前，应用于中高温（约2000℃）环境中的现有的隔热抗烧蚀涂层一般为由基体表面底层的高温合金层（粘结层）和粘结层上部的陶瓷层（隔热层）组成的经典复合涂层结构，其高温合金粘结层一般采用MCrAlY（其中，M代表Co或Ni，或者两者均有；Cr为金属Cr，Al为金属Al，Y为稀土元素Y）等材料，陶瓷层一般采用Y2O3部分稳定ZrO2（YSZ）等稀土氧化物掺杂氧化锆等材料。随着我国大力推进和实施海洋战略，隔热抗烧蚀涂层越来越多的在海洋装备上得到应用。这些涂层部件在海上长时间运输、贮存或长期工作于海洋大气环境中时极易发生腐蚀、加速涂层的失效，严重影响了装备的使用寿命。目前，等离子喷涂是制备隔热抗烧蚀涂层的重要工艺，其所得隔热抗烧蚀涂层中的陶瓷层通常具有一定的孔隙率（隔热层需要满足一定孔隙率要求如5～20%，才能起到有效隔热作用），具有良好的隔热性能，但是孔隙结构大大提高了易腐蚀环境中腐蚀成分如腐蚀性气体向涂层内部扩散进入，既大幅降低了涂层的耐腐蚀性能，也导致涂层结合强度降低，容易脱落、失效。因此，具有更高结合强度、更强隔热性能和更优耐腐蚀性能的隔热抗烧蚀涂层需求迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，该制备方法易于操作，且能保证所得复合涂层结合强度高，兼具优异的隔热性能和耐腐蚀性能。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将工件进行预处理；（2）采用冷喷涂将MCrAlY合金粉末喷涂至工件表面，形成厚度为50μm～150μm的粘结底层；其中，所述MCrAlY中，M代表Co或Ni，或者两者均有；（3）采用等离子喷涂将8YSZ陶瓷粉末喷涂至粘结底层表面，形成厚度为40μm～200μm的陶瓷层；其中，所述8YSZ陶瓷粉末具体是指8wt%Y2O3稳定的ZrO2陶瓷粉末；（4）采用冷喷涂将Ta难熔金属粉末喷涂至陶瓷层表面，形成厚度为25μm～200μm的耐蚀金属层；（5）重复步骤（3）和（4）交替制备陶瓷层和耐蚀金属层；当复合涂层整体为一次性使用时，最后以耐蚀金属层结束沉积，当复合涂层整体为多次反复使用时，最后以陶瓷层结束沉积，制备出呈多层结构的MCrAlY+8YSZ/Ta复合涂层，即所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层。针对现有的隔热抗烧蚀涂层，同时在中高温（约2000℃）环境和腐蚀性物质较多如海洋等易腐蚀环境中应用时，因受到外界腐蚀性物质的影响，其涂层的耐腐蚀性能大幅降低，涂层的结合强度也降低，容易脱落、失效的情形，专利技术人经过了长久研究发现，虽然研究出可以采用常规的制备方法在现有的隔热抗烧蚀涂层的表面，再制备一层金属钽涂层来隔绝腐蚀成分与隔热抗烧蚀涂层表面接触，从而增加其耐腐蚀性能，但是因受到各涂层结构的喷涂制备方法、各涂层材质的选择和设定参数指标等等因素综合影响，其所得的复合有金属钽涂层的隔热抗烧蚀涂层，仍然存在应力大、结合强度低，容易脱落，稳定性不好等问题。而本专利技术结合设定了特定的喷涂制备方法、各涂层材质的选择和设定参数指标等，从而实现了保证所得复合涂层结合强度高，不易脱落，稳定性好，兼具优异的隔热性能和耐腐蚀性能。作为进一步明确，上述步骤（2）和（4）中所述的冷喷涂操作中，工作气体为氮气，喷涂温度为300℃～800℃，工作压力为1.5MPa～4.5MPa，送粉速率为15g/min～90g/min，喷涂速度为20mm/s～1000mm/s，喷涂距离为5mm～100mm。作为进一步明确，上述步骤（3）中所述的等离子喷涂操作中，功率为40kW～120kW，送粉速率为10g/min～100g/min，喷涂速度为10mm/s～500mm/s，喷涂距离为60mm～150mm。作为进一步明确，上述步骤（5）中所制备得到的上述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的总层数大于等于四层，小于等于十层。具体举例来说，当所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层共有四层时，它由沿着工件表面至所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层表面的方向，依次排布的粘结底层-陶瓷层-耐蚀金属层-陶瓷层组成；又如，当所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层共有五层时，它由沿着工件表面至所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层表面的方向，依次排布的粘结底层-陶瓷层-耐蚀金属层-陶瓷层-耐蚀金属层组成。作为进一步优化，上述步骤（1）中所述的预处理操作为将工件先除油除锈，再喷砂粗化处理。作为进一步优化，上述MCrAlY合金粉末的粒径范围为15μm～75μm，上述8YSZ陶瓷粉末的粒径范围为45μm～75μm，上述Ta难熔金属粉末的粒径范围为15μm～45μm。更为具体地说，上述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将工件先除油除锈，再喷砂粗化处理；（2）采用冷喷涂将粒径范围为15μm～75μm的MCrAlY合金粉末喷涂至工件表面，形成厚度为50μm～150μm的粘结底层；其中，所述冷喷涂操作中，工作气体为氮气，喷涂温度为300℃～800℃，工作压力为1.5MPa～4.5MPa，送粉速率为15g/min～90g/min，喷涂速度为20mm/s～1000mm/s，喷涂距离为5mm～100mm；（3）采用等离子喷涂将粒径范围为45μm～75μm的8YSZ陶瓷粉末喷涂至粘结底层表面，形成厚度为40μm～200μm的陶瓷层；所述等离子喷涂操作中，功率为40kW～120kW，送粉速率为10g/min～100g/min，喷涂速度为10mm/s～500mm/s，喷涂距离为60mm～150mm；（4）采用冷喷涂将粒径范围为15μm～45μm的Ta难熔金属粉末喷涂至陶瓷层表面，形成厚度为25μm～200μm的耐蚀金属层；其中，所述冷喷涂操作中，工作气体为氮气，喷涂温度为300℃～800℃，工作压力为1.5MPa～4.5MPa，送粉速率为15g/min～90g/min，喷涂速度为20mm/s～1000mm/s，喷涂距离为5mm～100mm；（5）重复步骤（3）和（4）交替制备陶瓷层和耐蚀金属层；当复合涂层整体为一次性使用时，最后以耐蚀金属层结束沉积，当复合涂层整体为多次反复使用时，最后以陶瓷层结束沉积，制备出MCrAlY+8YSZ/Ta多层复合涂层。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，该制备方法易于操作，其所得复合涂层结合强度高，不易脱落，稳定性好，兼具优异的隔热性能和耐腐蚀性能，能同时满足于中高温（约2000℃）的高温环境和腐蚀性物质较多如海洋等易腐蚀环境中的应用，且其隔热抗烧蚀性能和耐腐蚀性能显著优于传统金属陶瓷双层隔热抗烧蚀涂层，在航空、航天、兵器以及车辆等领域应用前景广阔。附图说明图1是本专利技术实施例2中所制备得到的所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的横截面结构示意图。图2是本专利技术实施例5中所制备得到的所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的横截面结构示意图。图3是本专利技术实施例3中所采用的所述对称双工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将工件进行预处理；（2）采用冷喷涂将MCrAlY合金粉末喷涂至工件表面，形成厚度为50μm～150μm的粘结底层；（3）采用等离子喷涂将8YSZ陶瓷粉末喷涂至粘结底层表面，形成厚度为40μm～200μm的陶瓷层；（4）采用冷喷涂将Ta难熔金属粉末喷涂至陶瓷层表面，形成厚度为25μm～200μm的耐蚀金属层；（5）重复步骤（3）和（4）交替制备陶瓷层和耐蚀金属层；当复合涂层整体为一次性使用时，最后以耐蚀金属层结束沉积，当复合涂层整体为多次反复使用时，最后以陶瓷层结束沉积。

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将工件进行预处理；（2）采用冷喷涂将MCrAlY合金粉末喷涂至工件表面，形成厚度为50μm～150μm的粘结底层；（3）采用等离子喷涂将8YSZ陶瓷粉末喷涂至粘结底层表面，形成厚度为40μm～200μm的陶瓷层；（4）采用冷喷涂将Ta难熔金属粉末喷涂至陶瓷层表面，形成厚度为25μm～200μm的耐蚀金属层；（5）重复步骤（3）和（4）交替制备陶瓷层和耐蚀金属层；当复合涂层整体为一次性使用时，最后以耐蚀金属层结束沉积，当复合涂层整体为多次反复使用时，最后以陶瓷层结束沉积。2.如权利要求1所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）和（4）中所述的冷喷涂操作中，工作气体为氮气，喷涂温度为300℃～800℃，工作压力为1.5MPa～4.5MPa，送粉速率为15g/min～90g/min，喷涂速度为20mm/s～1000mm/s，喷涂距离为5mm～100mm。3.如权利要求1或2所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中所述的等离子喷涂操作中，功率为40kW～120kW，送粉速率为10g/min～100g/min，喷涂速度为10mm/s～500mm/s，喷涂距离为60mm～150mm。4.如权利要求1-3任一所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中所制备得到的耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的总层数大于等于四层，小于等于十层。5.如权利要求1-4任一所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述的预处理操作为将工件先除油除锈，再喷砂粗化处理。6.如权利要求1-5任一所述耐腐蚀抗烧蚀复合涂层的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，李忠盛，丛大龙，张敏，何庆兵，陈汉宾，李立，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50