【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超高温防护，具体涉一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层及其制备方法。
技术介绍
1、钽合金因具备优异的高温强度和韧性以及良好的加工性能，可用作新一代高比冲、姿控轨控火箭发动机和高超声速飞行器的超高温热端部件材料。然而，钽合金在超高温氧化环境中应用存在抗氧化难题，因其氧亲和势高，且氧溶解度大，在室温即极易吸氧，并在远低于服役温度时发生严重氧化，在不施加任何防护措施的情况下，其服役温度高于200℃就发生轻微氧化，并在高于500℃的有氧条件下快速氧化失效，出现“pesting”粉化现象。因此，为保障钽合金高温部件的高温力学性能和工作寿命，必须对其施加超高温防护涂层。
2、现阶段，钽基合金的高温防护涂层以硅化物涂层为主。高温氧化条件下，硅化物涂层通过si元素的选择性氧化生成sio2玻璃保护膜从而为基体提供防护，展现出了良好的抗高温(1000℃～1700℃)氧化能力。然而，随着宇航工业的发展，新一代高比冲姿、轨控火箭发动机和高超声速飞行器对钽合金用高温抗氧化涂层提出了更为严苛的服役要求，传统的硅化物涂层由于自身存在较大局限，已不能满足钽合金高温部件的高温防护需求。当硅化物涂层服役温度超过1700℃时，高温生成的sio2玻璃保护膜软化，不能有效抵御高温高速气流的冲刷；当工作温度进一步升高到1800℃，硅化物/sio2玻璃膜界面处sio的蒸汽压超过一个大气压，sio2玻璃保护膜丧失高温防护能力。另一方面，硅化物涂层韧性差，且与钽合金及其合金存在着较大的热膨胀系数失配，在冷热循环过程中不可避免产生贯穿性裂纹，
3、总之，传统硅化物涂层和单一的超高温陶瓷涂层已难以满足新一代高比冲轨控火箭发动机和高超声速飞行器钽合金高温部件的超高温防护需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层。该hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层具有由富hf面层、tasi2中间层和ta5si3界面反应底层组成的多层结构，且各层间的元素呈梯度分布，各层间的界面均为原位自生界面，层间结合性能良好，具有更好的高温稳定性和优异的抗热冲刷性能、抗热震性能，在1000℃～1900℃有氧强热震条件下为钽合金材料提供有效防护。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，该涂层由富hf面层、tasi2中间层和ta5si3界面反应底层组成，且各层间的界面均为原位自生界面；所述富hf面层由以下质量百分比的成分组成：hf 20％～35％，ta 8％～15％，mo 10％～30％，si 40％～62％，余量为w和不可避免的杂质，所述涂层在1000℃～1900℃有氧强热震条件下为钽合金材料提供有效防护。
3、本专利技术在钽合金材料表面原位形成的hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层具有多层结构，各层间的si、ta、hf、mo元素成梯度分布，且各层间的界面均为原位自生界面，结合性能良好，使得hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层具有优异的抗热震性能，在1000℃～1900℃有氧强热震条件下为钽合金材料提供有效防护，且在1800℃的静态抗氧化寿命不低于2h。
4、上述的一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述富hf面层的物相由mosi2、tasi2、hf2si和si单质组成。本专利技术hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层中最外层的富hf面层形成了由mosi2、tasi2、hf2si和si单质组成的多相复合结构，一方面保障了涂层在超高温有氧条件下能够生成ta-si-o三元玻璃保护膜，又确保了涂层表层因含有较高含量的hf元素而能够生成hfo2、hfsio4等高熔点氧化物或硅酸盐“骨架”，进而保证涂层既具有优异的超高温抗氧化性能又具有优异的抗热震剥落性能。
5、上述的一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述富hf面层的厚度为15μm～40μm，所述tasi2中间层的厚度为30μm～120μm，所述ta5si3界面反应底层的厚度为5μm～20μm。该优选的涂层厚度能在保证涂层高温防护性能的前提下，避免涂层在内应力或热应力条件下发生开裂和剥落，同时避免涂层在超高温条件下因si元素向基体一侧扩散而发生快速退化。
6、上述的一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述涂层涂覆在ta10w或ta12w钽合金的表面。通过优选采用ta10w或ta12w钽合金作为基体，为hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层中原位自生成的ta5si3界面反应底层和tasi2中间层提供ta元素；同时，由于hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层的真空反应烧制温度和防护目标温度均较高，上述优选的钽合金在涂层的真空高温熔烧制备过程和超高温服役过程中作为基体其力学性能不会发生明显的降低。
7、另外，本专利技术还公开了一种制备如上述的hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
8、步骤一、对钽合金进行表面预处理：依次进行打磨处理、喷砂处理、酸洗和脱脂处理；
9、步骤二、将铪粉、钼粉和硅粉混合均匀得到混合粉末，然后将分散剂与混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到复合悬浮料浆；
10、步骤三、将步骤二中得到的复合悬浮料浆预置于步骤一中经表面预处理后的钽合金表面，烘干后在钽合金表面得到预置层，然后将具有预置层的钽合金置于真空烧结炉中，在真空度为1.0×10-3pa～7.0×10-2pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层。
11、本专利技术将制备硅化物陶瓷相的铪粉、钼粉和硅粉与分散剂制成复合悬浮料浆，然后预置于经表面预处理后的钽合金表面，依次经烘干和真空反应烧结后得到hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层。本专利技术采用真空反应烧结法在钽合金表面制备hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，涂层中的抗氧化相和涂层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Hf-Ta-Mo-Si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，该涂层由富Hf面层、TaSi2中间层和Ta5Si3界面反应底层组成，且各层间的界面均为原位自生界面；所述富Hf面层由以下质量百分比的成分组成：Hf20％～35％，Ta 8％～15％，Mo 10％～30％，Si 40％～62％，余量为W和不可避免的杂质，所述涂层在1000℃～1900℃有氧强热震条件下为钽合金材料提供有效防护。
2.根据权利要求1所述的一种Hf-Ta-Mo-Si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述富Hf面层的物相由MoSi2、TaSi2、Hf2Si和Si单质组成。
3.根据权利要求1所述的一种Hf-Ta-Mo-Si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述富Hf面层的厚度为15μm～40μm，所述TaSi2中间层的厚度为30μm～120μm，所述Ta5Si3界面反应底层的厚度为5μm～20μm。
4.根据权利要求1所述的一种Hf-Ta-Mo-Si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述涂层涂覆在Ta10W或Ta12W钽合金的表面。
5.一种制备如权利要求1～4
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤一中所述喷砂处理采用的砂粒为刚玉砂或氧化锆砂，所述喷砂处理的压力为0.4MPa～0.8MPa，时间为1min～4min；所述酸洗采用的酸液由质量浓度65％～68％的浓硝酸和质量浓度40％～60％的氢氟酸按1:2.5～4的体积比混合而成，酸洗的时间为1min～6min。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二中所述铪粉、钼粉和硅粉的粒径均小于20μm，质量纯度均不低于99％，且混合粉末中硅粉的质量含量不低于50％。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二中所述球磨用的转速为340r/min～600r/min，时间为4h～48h，球料比为4:1，所述分散剂由清漆和乙酸乙酯按1:4～10的体积比混合而成，且分散剂的体积为混合粉末质量的5～10倍，其中，体积的单位为mL，质量的单位为g。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中采用浸涂或气动喷涂的方式将复合悬浮料浆均匀预置于经表面预处理后的钽合金表面，且气动喷涂的喷涂气压为0.3MPa～0.5MPa，喷涂距离为10cm～30cm；所述烘干的温度为60℃～220℃，时间为8h～24h；所述高温熔烧的具体过程为：先以10℃/min～30℃/min的速率升温至700℃～900℃并保温30min～90min，然后以10℃/min～15℃/min的速率升温至1400℃～1600℃并保温45min～90min。
...【技术特征摘要】
1.一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，该涂层由富hf面层、tasi2中间层和ta5si3界面反应底层组成，且各层间的界面均为原位自生界面；所述富hf面层由以下质量百分比的成分组成：hf20％～35％，ta 8％～15％，mo 10％～30％，si 40％～62％，余量为w和不可避免的杂质，所述涂层在1000℃～1900℃有氧强热震条件下为钽合金材料提供有效防护。
2.根据权利要求1所述的一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述富hf面层的物相由mosi2、tasi2、hf2si和si单质组成。
3.根据权利要求1所述的一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述富hf面层的厚度为15μm～40μm，所述tasi2中间层的厚度为30μm～120μm，所述ta5si3界面反应底层的厚度为5μm～20μm。
4.根据权利要求1所述的一种hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层，其特征在于，所述涂层涂覆在ta10w或ta12w钽合金的表面。
5.一种制备如权利要求1～4中任一权利要求所述的hf-ta-mo-si多元超高温抗氧化涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤一中所述喷砂处理采用的砂粒为刚玉砂或...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪欣，韩承序，汪廷杨，杨涛，李晴宇，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
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