本发明专利技术公开了一种铝钇镁共渗粉末包覆渗剂及其制备和包覆方法。铝钇镁共渗粉末包覆渗剂为组合物，其组分和重量百分比含量为：Ａｌ粉５～１０％，Ｙ２Ｏ３或ＹＣｌ３２－８％，Ｍｇ粉１～５％，ＮＨ４Ｃｌ?２～５％，Ａｌ２Ｏ３７２～９０％。本发明专利技术在渗剂中添加Ｙ２Ｏ３，不但细化了涂层的组织，而且产生了明显的催渗作用，提高了渗铝层的厚度，渗剂中Ｍｇ元素的加入使的共渗样品表面颜色由深蓝色向灰色转变。采用本发明专利技术能够方便地对镍基高温合金的表面进行铝钇镁共渗涂层处理，能够在镍基高温合金表面形成含Ｙ、Ｍｇ元素的扩散型抗氧化镍铝涂层，在氧化过程中使Ａｌ２Ｏ３膜更加致密，并且增加了Ａｌ２Ｏ３膜的抗剥落性能，从而提高了涂层的抗氧化性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温合金热防护
，具体涉及一种镍基高温合金抗氧化涂层用 粉末包覆渗剂及其制备方法。
技术介绍
随着航空航天飞行器飞行速度的提高，航空发动机及航天飞行器的热端部件的使 用温度普遍升高，对相关零部件用镍基高温合金的抗高温氧化性能提出了更高的要求，扩 散型渗铝涂层因其氧化后生成的Al2O3膜具有很高的保护性，是解决镍基高温合金氧化问 题的常用方法，占扩散型防护涂层的90%以上。公开号为CN 1425796A公开了一种粉末包埋渗剂及包埋渗铝的方法，在钢表面形 成了 FeAl和Fe3Al相，其形成的氧化膜较为稳定，能够提高金属的抗氧化性能，由于钢铁的 应用温度较低，所以对于应用温度较高的镍基高温合金而言这种单一的渗铝扩散性涂层的 抗高温氧化性能和抗热腐蚀性能不够理想，近年来，改性铝化物涂层一直是研究热点。国外 已采用Pt、Pa、Cr和稀土元素改性扩散型渗铝涂层。研究表明，Y元素在氧化膜/金属界 面附近聚集，增强了膜与基体间的化学键的结合力；抑制了氧化时阳离子(金属离子)的 扩散，使氧化膜由氧化膜/基体界面向镍基高温合金基体内生长，改善了膜的生长机制，降 低了膜的生长应力，增加了氧化膜的界面结合力。与此同时，Y元素在氧化膜晶界偏聚，阻 止氧化过程中氧化物晶粒长大，提高氧化膜的塑性。另外，镍基高温合金基体内尺寸较大的 Y2O3作为空位沉积源，减少了空位在界面的聚集，避免孔洞长大过快，提高了界面的结合强 度，提高了氧化膜的抗剥落性能。公开号为CN 1066690A提出了一种抗高温腐蚀涂层，其特征在于所述涂层是以 β-NiAl相为主的且含有弥撒稀土氧化物质点的NiAl-稀土氧化物型复合铝化物涂层。 稀土氧化物是通过Ni-稀土氧化物电共沉积的方式首先在合金表面制备，然后进行粉末 包埋渗铝，该专利涂层制备过层较为复杂，而本专利通过在包埋渗剂中添加Y2O3直接进行 Al-Y2O3共渗，较为简单方便。铌硅化物基合金Si-Y2O3共渗涂层的组织形成[齐涛，郭喜平，中国有色金属学 报，2009，19 (10)]中提出了采用Si-Y2O3包埋共渗工艺在铌硅化物基超高温合金表面制备 Y改性的硅化物涂层，涂层具有明显分层的结构，由外至内依次为(Nb，X)Si2(X表示Ti、 Hf和Cr)外层和(Nb，X)5Si3过渡层，在过渡层与基体之间有一些不连续分布的细小(Cr， Al)2(Nb,Ti)块状沉淀；Y在涂层中的分布不均勻，在(Cr,Al)2(Nb,Ti)相中Y含量为0. 94% (摩尔分数)左右，而在(Nb, X) Si2 ^P (Nb, X)5Si3相中则为0.46% 0. 57% ；改论文中包 埋共渗采用的促渗剂为NaF，它的促渗效果较NH4Cl差。MgO对氧化铝陶瓷烧结性能影响的研究工作表明[K A BERRYjM P HARMER. Effect of MgO Solute on Microstructure Development on Al2O3.J Am CeramSoc,1986,69(2) 143-149]，MgO和Al2O3在高温下可发生固相反应，在晶界上形成镁铝尖晶石薄层包裹在 Al2O3晶粒的边界，使Al2O3晶粒之间质点扩散受到抑制，阻碍Al2O3晶粒的长大，获得大小均勻的等轴状晶粒。故而，如在涂层中添加Mg元素，则渗铝层在后期氧化过程中所形成的 Al2O3膜，由于有镁铝尖晶石的存在，此Al2O3膜将比未添加Mg元素的氧化铝膜更加致密，可 提高氧化膜的抗剥落性能。因此镍基高温合金采用镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗处理后，其涂层在 后续使用过程中产生的氧化膜的抗剥落性能更好，将在iioo°c以上使用温度条件下获得良 好的抗氧化效果。目前，获得扩散型涂层的方法通常采用CVD法和粉末包埋渗法，其中，粉末包埋渗 法渗层质量好、效率高、工艺简单、操作容易，能够方便地控制渗铝层表面的铝含量，成本 低，便于工业化实施。但是，通常粉末包埋渗剂的组成物质的种类和比例需要根据需获得的 渗铝扩散涂层中的改性物质及相组成进行配比，故而若需获得质量良好的铝钇镁共渗扩散 涂层必须采用合适的物质种类做渗剂并选择合理的比例配方。实践证明，经单一渗铝处理后的镍基高温合金渗铝层最外层主要为Ni2Al3和NiAl 相，而经镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗涂层最外层Ni2Al3和NiAl相，Mg、Y元素固 溶在Ni2Al3和NiAl相中，Mg元素在Ni2Al3和NiAl相中含量较Y元素高。渗剂中添加Y2O3 不但细化了涂层的组织，而且产生了明显的催渗作用，提高了渗铝层的厚度。
技术实现思路
本专利技术提出了一种镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗粉末包覆渗剂及其制 备方法。本专利技术包括Al 粉、Y2O3 或 YC13、Mg 粉、NH4Cl 和 Al2O3,其中 Al 粉、Y2O3 或 YC13、Mg 粉、NH4Cl和Al2O3的重量百分比分别为5 10%、2 8%、1 5%、2 5%和72 90%。所述的Al粉、Y2O3或YC13、Mg粉和Al2O3均为180-220目的粉末状颗粒。制备铝钇镁共渗粉末包覆渗剂时第一步，制备铝钇镁共渗粉末包覆渗剂预制体；将所述的粉末状颗粒的Al粉、Y2O3 或YC13、Mg粉、NH4Cl和Al2O3按比例配制，并在温度为-20 40°C、大气压下，通过行星球 磨机均勻混料2 4h ；行星球磨机转速为250 300转/min ；得到铝钇镁共渗粉末包覆渗 剂预制体。第二步，烘干；将混料均勻的铝钇镁共渗粉末包覆渗剂在箱式电阻炉中于100 130°C保温2 3h ；得到铝钇镁共渗粉末包覆渗剂。使用时，将铝钇镁共渗粉末包覆渗剂和需要进行抗氧化涂层涂覆的镍基高温合金 共置于密封的渗罐中，并使所需涂层的镍基高温合金完全包覆于铝钇镁共渗粉末包覆渗剂 之中，加热至700 1000°C，保温1 8小时后，在镍基高温合金表面形成含钇、镁等高抗氧 化性能成分的镍铝扩散型抗氧化涂层。为验证本专利技术的效果，分别用镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗粉末包覆渗 剂和单一渗铝剂对GH3044镍基高温合金进行包覆渗实验，并依照航标HB5258-2000对所得 到的两种包覆渗样品进行1100°C，IOOh氧化实验。实验中，将单一渗铝剂和镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗粉末包覆渗剂分 别与GH3044镍基高温合金共置于两个密封的渗罐中，在容器底层上填撒厚度为20-30mm 的粉末层，然后装入净化过的零件，再逐渐用粉末填充零件，使零件上面粉末层的厚度达4到20-30mm，使镍基高温合金完全包覆于铝钇镁共渗粉末包覆渗剂之中，在700°C状态保温 1.5小时。本实验中的单一渗铝剂为Al粉为5%重量百分比，颗粒度为180目；NH4Cl为2% 重量百分比；Al2O3为93%重量百分比，颗粒度为180目。本实验中的镍基高温合金抗氧化 涂层用铝钇镁共渗粉末包覆渗剂为Al粉为5%重量百分比，颗粒度为200目；Mg粉为重 量百分比，颗粒度为180目；NH4Cl为2%重量百分比；Y2O3为2%重量百分比，颗粒度为220 目；Al2O3为90%重量百分比，颗粒度为180目。本实验在镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗过程中发生如下系列反应NH4Cl =本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝钇镁共渗粉末包覆渗剂，包括Ａｌ粉、Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］或ＹＣｌ↓［３］、ＮＨ↓［４］Ｃｌ和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，其特征在于，所述的镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗粉末包覆渗剂还包括Ｍｇ粉；Ａｌ粉、Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］或ＹＣｌ↓［３］、Ｍｇ粉、ＮＨ↓［４］Ｃｌ和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的重量百分比分别为５～１０％、２～８％、１～５％、２～５％和７２～９０％。
【技术特征摘要】
一种铝钇镁共渗粉末包覆渗剂，包括Al粉、Y2O3或YCl3、NH4Cl和Al2O3，其特征在于，所述的镍基高温合金抗氧化涂层用铝钇镁共渗粉末包覆渗剂还包括Mg粉；Al粉、Y2O3或YCl3、Mg粉、NH4Cl和Al2O3的重量百分比分别为5～10％、2～8％、1～5％、2～5％和72～90％。2.一种制备如权利要求1所述铝钇镁共渗粉末包覆渗剂的方法，其特征在于，所述的 铝钇镁共渗粉末包覆渗剂制备过程包括第一步，制备铝钇镁共渗粉末包覆渗剂预制体；将所述的粉末状颗粒的Al粉、Y2O3或 YCl3^NH4Cl和Al2O3按比例配制，并在温度为-20 40°C、大气压下，通过行星球磨...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡锐，李金山，马健，张铁邦，寇宏超，钟宏，傅恒志，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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