一种高温合金表面金属陶瓷复合梯度涂层及制备方法技术

一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法，本发明专利技术属于化学热处理领域，具体涉及一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法。该涂层为多层结构，由外向内依次为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体组成；涂层的制备方法为：包埋渗+微弧氧化，第一步采用包埋渗的方法制备金属铝化物涂层，第二步采用微弧氧化的方法制备铝化物陶瓷层；通过该工艺可获得结合力好，均匀的涂层，提高高温合金热防护性能，并且具有工艺简单、操作方便、易于实现、效率高等优点，适于生产和应用。适于生产和应用。适于生产和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金表面金属陶瓷复合梯度涂层及制备方法


[0001]本专利技术属于化学热处理领域，具体涉及一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金、镍合金、铌合金等高温合金具有高比强度、比刚度、高蠕变抗力等特点，被广泛的应用在航空发动机叶片，涡轮机叶片等零部件上，其服役条件苛刻，易受到高温氧化、磨损和热腐蚀，而上述失效形式主要在材料的表面产生和发展，因此需要在合金表面制备涂层以提高其表面性能。
[0003]近年来，涉及高温合金表面涂层的研究主要有等离子喷涂、热喷涂、磁控溅射、微弧氧化、扩散渗、激光熔覆等。通过上述表面改性技术制备涂层，由于基体合金和防护涂层可以单独地设计，所以施加防护涂层的合金部件在保持合金足够的高温强度时合金部件表面又具有优异的抗高温耐腐蚀性能。
[0004]铝化物涂层熔点高、热稳定性良好，抗腐蚀性能优异，适合于高温合金的高温抗氧化防护。但单一的铝化物涂层氧化时涂层内会产生较大的内应力，致使表面氧化膜剥落而失去保护性，因此需要添加其它元素对其进行改性。Cr、Si、B、Y、Ce等元素在改善涂层致密性及其与基体的结合力、降低合金的氧化速率和提高氧化膜的抗剥落能力等方面有显著效果。而微弧氧化(MAO)是一种金属表面原位生长氧化膜层的表面改性技术，在形成陶瓷层的技术上，实现膜基强结合，大幅提高涂层的抗磨损耐腐蚀性能。
[0005]目前，通过扩散渗法+微弧氧化技术在高温合金表面制备抗高温耐腐蚀抗磨损的金属/陶瓷复合梯度涂层的制备技术及其应用尚属空白。因此研究和实现高温合金表面抗氧化耐腐蚀抗磨损的金属/陶瓷复合梯度涂层的制备技术对高温合金工程应用具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为了提高钛合金、镍合金、铌合金等高温合金热防护性能，本专利技术提供一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法，通过该工艺可获得结合力好，均匀的涂层，提高高温合金热防护性能，并且具有工艺简单、操作方便、易于实现、效率高等优点，适于生产和应用。
[0007]一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层，具体包括以下内容：
[0008]①
被渗元素：包含质量百分比10％
‑
15％Al小于等于100目，质量百分比1％
‑
2％Cr小于等于100目，质量百分比1％
‑
2％Si小于等于100目，质量百分比0.2％
‑
0.4％B小于等于100目，质量百分比0.5％
‑
1％Y小于等于100目，质量百分比0.5％
‑
1％Ce小于等于100目
[0009]②
催化剂：包含质量百分比4％
‑
6％NH4Cl，质量百分比2％
‑
3％NaF；
[0010]③
填充物：Al2O3小于等于200目。
[0011]优选的，所述催化剂中NaF的纯度为分析纯；
[0012]优选的，该涂层为多层结构，由外向内依次为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体组成，且涂层含有稀土元素Y、Ce，通过被渗元素微弧氧化法原位生长陶瓷氧化层为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体。
[0013]一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层制备方法，由如下步骤形成的完整工艺路线：
[0014]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：如图5所示；
[0015]第一步：扩散渗法制备金属涂层
[0016]①
试样经80
‑
600#砂纸打磨后超声清洗，吹干；
[0017]②
配制渗剂；
[0018]③
将配制好的渗剂置于球磨机中研磨，使其充分混合；
[0019]④
将渗剂置于温度为95℃的烘箱中保温2h进行烘干；
[0020]⑤
把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入渗剂中，相邻平行试样之间的距离不小于12mm，
[0021]⑥
将装有试样的坩埚加盖并用水玻璃+黏土密封后置于高温电阻炉中；
[0022]⑦
高温电阻炉升温2h至910
‑
930℃，在910
‑
930℃保温1
‑
2h后升温0.5h至1050℃，在1050℃保温0.5
‑
1h，空冷至室温；
[0023]⑧
将包埋渗后的试样使用流动水冲洗，然后用酒精清洗，再进行烘干，结束。
[0024]优选的，还包括第二步：微弧氧化法原位生长陶瓷氧化层
[0025]①
将包埋渗后的试样经600#砂纸轻微打磨，去除表面黏附物后冷水清洗，丙酮除油，酒精超声清洗，随后吹干待用；
[0026]②
按照配方配制微弧氧化溶液，配置好的溶液用玻璃棒搅拌均匀；
[0027]③
将试样与微弧氧化设备的阳极电极相连，不锈钢片为阴极电极；
[0028]④
将连接好的阴极、阳极放入配置好的溶液，阴极与阳极平行放置；
[0029]⑤
为保证实验过程中溶液的温度，采用循环水冷却(实验过程中采用制冷机对循环水进行冷却)，保持溶液温度在25摄氏度左右；
[0030]⑥
启动微弧氧化设备，设置其工作电压为430
‑
450V，占空比为24％，电流频率650HZ，工作时间5
‑
10min；
[0031]⑦
涂层制备完成后关闭微弧氧化设备；
[0032]⑧
将微弧氧化后的试样卸下，酒精超声清洗，烘干，结束。
[0033]优选的，步骤
③
中采用大阴极小阳极结构，阴极电极面积：阳极电极面积≥2:1。
[0034]优选的，步骤
③
中阳极阴极电极间距为4cm；
[0035]优选的，所述微弧氧化溶液的组成为：11
‑
12g/L硅酸钠Na2SiO3分析纯，2
‑
4g/L磷酸三钠分析纯，1
‑
1.5g/L氢氧化钠分析纯，溶剂为蒸馏水。
[0036]本专利技术的有益效果是：本专利技术设计制备的涂层为多层结构，由外向内依次为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体组成，且涂层含有稀土元素Y、Ce，通过被渗元素微弧氧化法原位生长陶瓷氧化层为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体。
[0037]通过该工艺可获得结合力好，均匀的涂层，提高高温合金热防护性能，并且具有工艺简单、操作方便、易于实现、效率高等优点，适于生产和应用。解决了钛合金、铌合金、镍合金等高温合金抗氧化、耐腐蚀、抗磨损性能差的技术难题，同时所制备的金属/陶瓷复合梯
度涂层在服役过程中能够缓解膜基之间的热应力。制备涂层所需设备简单，工艺稳定可靠，涂层结合力好、组织均匀、易于实现。
附图说明
[0038]图1(a)为采用本专利技术实施例1所获得的金属/陶瓷复合梯度涂层表面的显微形貌图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层，其特征在于：具体包括以下内容：
①
被渗元素：包含质量百分比10％
‑
15％Al小于等于100目，质量百分比1％
‑
2％Cr小于等于100目，质量百分比1％
‑
2％Si小于等于100目，质量百分比0.2％
‑
0.4％B小于等于100目，质量百分比0.5％
‑
1％Y小于等于100目，质量百分比0.5％
‑
1％Ce小于等于100目
②
催化剂：包含质量百分比4％
‑
6％NH4Cl，质量百分比2％
‑
3％NaF；
③
填充物：Al2O3小于等于200目。2.如权利要求1所述的一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层，其特征在于：所述催化剂中NaF的纯度为分析纯。3.如权利要求1所述的一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层，其特征在于：该涂层为多层结构，由外向内依次为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体组成，且涂层含有稀土元素Y、Ce，通过被渗元素微弧氧化法原位生长陶瓷氧化层为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体。4.一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层制备方法，其特征在于：由如下步骤形成的完整工艺路线：第一步：扩散渗法制备金属涂层
①
试样经80
‑
600#砂纸打磨后超声清洗，吹干；
②
配制渗剂；
③
将配制好的渗剂置于球磨机中研磨，使其充分混合；
④
将渗剂置于温度为95℃的烘箱中保温2h进行烘干；
⑤
把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入渗剂中，相邻平行试样之间的距离不小于12mm，
⑥
将装有试样的坩埚加盖并用水玻璃+黏土密封后置于高温电阻炉中；
⑦
高温电阻炉升温2h至910
‑
930℃，在910
‑
930...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涌泉，郝清锐，侯俊峰，高阳，秦春，蒋亮，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：