一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层及其制备方法。采用特定成分的铱铼合金镀液，包括铱盐、高铼酸盐、络合剂、多种添加剂和表面活性剂，以难熔金属材料为基体，基体表面先进行预处理和活化，再通过周期性改变电流密度的方法电镀铱铼合金涂层，并调节电解液的pH值、电镀温度、电流密度和电镀时间等参数，最后进行清洗、烘干、热处理，调控工艺参数，从而制得耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层。本发明专利技术所制备的铱铼合金涂层中铼含量低于20at％，铱含量可控制在80～99.9at％范围内，且呈现出层状纳米结构，具有良好的耐高温、抗氧化、耐腐蚀、热稳定和机械稳定性能。定性能。定性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学冶金
，具体涉及一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航天器、卫星发动机等高温应用领域的快速发展，对于高性能的耐高温抗氧化涂层的需求日益迫切。铱作为一种铂族金属，具有高熔点、优异的高温抗氧化性和化学稳定性，在氧气扩散屏障材料方面具有高应用价值。铱铼合金涂层结合了铱的高熔点、高温抗氧化性能、抗腐蚀性能和铼的高强度、高耐热化学磨蚀、剥蚀性能，且铼在铱中具有高固溶度，有利于制备铱基结构材料。在低氧环境下，铱铼合金涂层具有优异的抗氧化性和耐冲刷性，满足高温抗氧化强冲刷及高低温瞬时热震极端苛刻服役环境，对提高航天器和卫星的有效载荷、可靠性和寿命具有重大应用前景。
[0003]目前，铱铼合金涂层制备工艺主要为磁控溅射沉积技术和物理气相沉积技术。然而,这两种技术所需设备昂贵、维护价格高、且磁控溅射沉积技术溅射率低、均镀能力差，物理气相沉积技术沉积产率低。这些因素导致涂层中铼和铱含量的控制受限，从而影响了铱铼合金涂层的性能。Reed,Brian的报告(Reed,Brian."High temperature oxidation behavior of iridium
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rhenium alloys."30th Joint Propulsion Conference and Exhibit,1994)对铱铼合金涂层的抗氧化性能进行了深入研究，报告指出，当铱铼合金涂层中铼成分高于20at％时，涂层的氧化损失率显著增加。因此，精确控制铼含量在目标范围内对提高涂层性能至关重要。为解决这一问题，需要仔细调整和优化镀液成分、电镀工艺参数(如pH值、温度、电流密度、电镀时间等)，以实现铼和铱含量的精确控制。然而，现有的专利文献中提到的铱铼合金涂层制备方法在镀液组成、涂层成分控制、适用基体、抗氧化性能和制备过程方面均存在不足。例如，中国专利CN 104928733 A公开了一种在铜基体上镀铼铱合金的镀液配方及电镀方法，尽管该专利中的镀液成分和配方通过添加剂协同作用下获得了铱铼合金涂层，但涂层中铼含量比铱高，不符合理想的性能要求。
[0004]中国专利CN 108103537 A公开了一种玻璃模具表面铼铱合金涂层的酸性镀液及其制备方法，该专利公开的铼铱合金涂层为单一层，并非层状结构，这会导致涂层在高应力循环交变状态下的结合力相对较低。此外，难熔金属基体由于其特定的应用环境，对涂层的附着力、耐高温抗氧化性能等方面提出了更高的要求。虽然上述的两个专利中，一种在铜基体上镀铱铼合金的镀液配方及电镀方法对基体进行了预处理，但其使用的乙酸、盐酸和水混合酸无法满足难熔金属基体上铱铼合金涂层的制备要求的附着力。因此，开发一种能够控制铼含量低于20at％、铱含量在80～99.9at％范围内的耐高温抗氧化层状纳米结构铱铼合金涂层及其制备方法具有重要的实际应用价值。
[0005]电镀技术在制备涂层方面具有诸多优势，如工艺简便、适用于各种工件形状、能够控制涂层厚度、成分和结构、设备成本较低以及适合大规模连续生产。相较于磁控溅射沉积
技术，电镀技术展现出更高的均镀能力。在电化学冶金领域，金属及其合金电镀已得到广泛发展与应用。因此，本专利技术采用成本较低的电镀方法制备出一种致密的、结合良好的耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层，其铼含量低于20at％,铱含量在80～99.9at％范围内，具有广泛的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供了一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层及其制备方法。通过采用周期性改变电流密度的电镀方法，优化镀液组成、电镀参数和工艺条件，解决了现有技术中铱铼涂层制备成本高、均镀性差、结合力弱以及成分控制局限性等问题，实现了涂层中铼含量低于20at％，铱含量在80～99.9at％范围内，从而提高了铱铼合金涂层的性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层的制备方法，包括以下四个步骤：
[0009](1)基体表面预处理：将待镀工件置于乙醇或丙酮中，采用40～80kHz的超声波进行超声清洗5～30min，然后在体积浓度为10～20％稀释硝酸溶液去除表面氧化物，最后再用丙酮或乙醇中清洗干净，冷吹风吹干。
[0010](2)基体表面活化：用硝酸和氢氟酸按照体积比8：2～6：4的混合酸对基体表面进行酸洗1～90s，其中硝酸和氢氟酸体积浓度为30～40％，随后再用乙醇冲洗干净，冷吹风吹干。
[0011](3)基体表面电镀铱铼合金涂层：配制镀液，通过周期性改变电流密度的方法在工件上进行电镀，调整电镀温度、电流密度、电镀时间等电镀参数，具体操作条件为：以铂片为阳极，以银/氯化银/饱和氯化钾电极为参比电极，以待镀工件为阴极，铂片电极与工件电极的距离0.5～3.0cm；以100～1000RPM的转速，用磁性搅拌棒机械搅拌电解质，电镀温度控制在50～90℃，设定一个电流密度低值i1和电流密度高值i2，电流密度在0.5～200mA/cm2选择，电镀时间为5～200min，在电镀过程中，电流密度周期性地在电流密度低值i1和电流密度高值i2之间切换，每次切换后在当前电流密度下保持1～300s，从而可以获得层状纳米结构铱铼合金涂层，优选，电流密度高值比电流密度低值大两倍以上。
[0012](4)基体后处理:将电镀完成的工件从电解槽中取出，先使用去离子水冲洗工件表面，再使用吹风机吹干后，立即在200～300℃下进行热处理，保温120～300min，随后缓慢降温至室温，最终获得致密的、结合良好的耐高温抗氧化层状纳米结构铱铼合金涂层。
[0013]其中一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层的镀液，包括铱盐1～500mM、高铼酸盐1～100mM，络合剂为柠檬酸钠10～900mM、柠檬酸10～900mM、草酸10～850mM其中一种或多种，添加剂为甲醇10
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1000mM、氨基磺酸100～500mM、硼酸100～400mM、三乙醇胺50mM～100mM、丙二酸10～50mM、硫酸铈1～10mM、硫酸钐1～10mM其中一种或多种，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠1～2mM、萘二磺酸钠1～2mM、聚二烯丙基二甲基氯化铵1～2mM、聚乙烯亚胺1～2mM、西曲溴铵0.5～2mM、脱水山梨醇单油酸酯0.5～2mM其中一种或多种，同时添加少量的氯化钠1～50mM或氯化钾1～50mM以增加镀液导电性。
[0014]进一步地，所述镀液中的铱盐包括六氯铱酸钾、六氯铱酸铵、六氯铱酸钠其中一种
或多种，高铼酸盐包括高铼酸钠或高铼酸钾。
[0015]进一步地，镀液的配置方法包括：按照配方量称取铱盐、高铼酸盐、络合剂、添加剂、表面活性剂、导电剂，倒入一半镀液体积的去离子水中，加热至60～80℃，搅拌溶解1～3小时，等冷却至室温后加入剩余体积的去离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层，其特征在于，涂层中铼含量低于20at％，铱含量在80～99.9at％范围内，且呈现出层状纳米结构；所述耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层是在难熔金属基体表面上通过周期性改变电流密度的方法电镀得到。2.根据权利要求1所述的耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层，其特征在于，难熔金属基体为钼片、钨片、铼合金、钛片、钒片其中一种。3.根据权利要求1所述的耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层，其特征在于，基体表面电镀铱铼合金涂层的电镀条件为：以铂片为阳极，以银/氯化银/饱和氯化钾电极为参比电极，以待镀工件为阴极，铂片电极工件电极的距离0.5～3.0cm；以100～1000RPM的转速，用磁性搅拌棒机械搅拌电解质，电镀温度控制在50～90℃；设定一个电流密度低值i1和电流密度高值i2，电流密度在0.5～200mA/cm2选择，电镀时间为5～200min，在电镀过程中，电流密度周期性地在电流密度低值i1和电流密度高值i2之间切换，每次切换后在当前电流密度下保持1～300s，从而可以获得层状纳米结构铱铼合金涂层。4.一种根据权利要求1所述的耐高温抗氧化的层状纳米结构铱铼合金涂层的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：(1)基体表面预处理：将待镀工件置于乙醇或丙酮中，采用40～80kHz的超声波进行超声清洗5～30min，然后在体积浓度为10～20％稀释硝酸溶液中去除表面氧化物，最后再用丙酮或乙醇中清洗干净，冷吹风吹干；(2)基体表面活化：用硝酸和氢氟酸按照体积比8:2～6:4的混合酸对基体表面进行酸洗1～90s，其中硝酸和氢氟酸体积浓度为30～40％，随后再用乙醇冲洗干净，冷吹风吹干；(3)基体表面电镀铱铼合金涂层：配制镀液，其中镀液包括铱盐1～500mM、高铼酸盐1～100mM，络合剂10～900mM，添加剂10
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1000mM，表面活性剂1～2mM、导电剂1～50mM，调配电解液pH值为2.0～7.0，通过周期性改变电流密度的方法在工件上进行电镀，具体条件为：以铂片为阳极，以银/氯化银/饱和氯化钾电极为参比电极，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴王平，周熠铖，鞠刘，张屹，刘雅玄，吴蒙，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：