本发明专利技术涉及涂层制备技术，更具体地说，是涉及一种抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层及其制备和应用。涂层由NiAl基体和弥散其中的Y2O3颗粒组成：按质量百分数计，Y2O3含量为0.5％-5.0％，其余为NiAl。涂层制备分两步：首先在金属基材(例如：Fe、Co、Ni、碳钢、低合金钢、FeAl或TiAl金属间化合物)上电泳沉积一层由Ni、Al和Y2O3颗粒组成的Ni-Al-Y2O3涂层，然后采用热压方法对该涂层进行致密化处理，获得均匀致密且结合力良好的NiAl-Y2O3涂层。本发明专利技术工艺简单，成本低，效率高，易于推广，涂层在高温下可热生长保护性Al2O3膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涂层制备技术，更具体地说，是涉及一种抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层及其制备和应用。
技术介绍
Y-TiAl具有高比强度、高比刚度以及低密度等优点，成为潜在应用的高温结构材料，在航空、汽车、能源等工业领域具有广泛的应用前景。但其室温脆性高和抗高温氧化性能差的缺点限制了其应用，尤其是其较差的抗高温氧化性能大大限制了其在高温领域中的应用，原因是Y -TiAl在760V以上高温环境中生成的TiO2和Al2O3混合氧化物膜不具备保护性。目前提高Y-TiAl抗氧化性能的方法有添加合金元素(Nb、Si等)和施加高温防护涂层两种。由于添加少量的合金元素对提高Y-TiAl抗氧化性能的幅度有限，而添加过量 的合金元素会明显降低其力学性能，所以施加高温防护涂层成为提高Y-TiAl抗氧化性能的主要途径。铝化物涂层具有良好的抗高温氧化性能，已广泛用作航空发动机涡轮叶片、导向叶片和镍基高温合金的防护涂层。在Y-TiAl表面直接包埋渗铝可以制备TiAl3涂层，但TiAl3脆性大，降温过程中易产生贯穿裂纹而失去保护作用；采用先电(化学)镀镍后包埋渗铝的方法可以在Y -TiAl表面制备NiAl或Ni2Al3涂层，然而采用此方法制备的NiAl涂层贫铝，并有一定量的Ti渗入，这使其抗氧化性能大大降低；而Ni2Al3涂层在高温环境中长期服役时容易转变为NiAl相，导致体积收缩而在涂层中产成大量空洞；其它高温防护技术如表面合金化和预氧化等对Y-TiAl抗氧化性能的提高不明显。目前，Y-TiAl合金抗高温氧化性能较差的问题仍没有得到有效的解决，新的高温防护涂层制备技术的研究十分必要。电泳沉积具有很多优点，可以实现不同种类的金属或陶瓷颗粒的共沉积，用此方法可以将Ni、Al颗粒共沉积在Y -TiAl表面，然后经热压制备均匀致密且结合力良好的NiAl涂层，涂层中还可以加入少量Y2O3等通常被认为可以提高氧化铝膜黏附性的稀土氧化物。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供了一种抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层及其制备和应用。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层涂层由NiAl基体和弥散其中的Y2O3颗粒组成按质量百分数计，涂层中Y2O3的含量为O. 5% -5. 0%，其余为NiAl ;其中所述NiAl基体按原子百分数计，Al原子的含量为45% -58%。抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层的制备方法制备分两步进行，(I)首先在金属基材上电泳沉积一层由Ni、A1和Y2O3颗粒组成的Ni-Al-Y2O3涂层，按质量百分数计，涂层中Y2O3颗粒的含量为O. 5% -5. O %，Al颗粒的含量为32% -49%，其余为Ni颗粒；(2)采用热压方法对步骤I)得到的Ni-Al-Y2O3涂层进行致密化处理，使涂层中的Ni、Al颗粒反应生成NiAl，Y2O3颗粒均匀弥散于NiAl中，得到抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层。所述的金属基材为Fe、Co、Ni、碳钢、低合金钢、FeAl或TiAl金属间化合物。步骤I)电泳沉积时电解液温度为20-40°C，电场强度为100-250V/cm，每个样品电泳1-2次，每次电泳时间为5-30s。在电泳沉积前，通过超声振动使Ni、Al和Y2O3颗粒均匀悬浮于电泳液中，电泳液为溶解了碘单质的乙酰丙酮溶液，电泳液中碘和乙酰丙酮的质量体积比为O. 2-2g/L。步骤2)热压过程是在真空热压炉内进行，热压压强为50_200MPa，热压温度为700-1IOO0C，热压时间为O. 5-2小时，热压炉内真空度优于5X 10_2Pa。同时采用的Ni、Al颗粒的平均尺寸在50nm到15 μ m之间均可。采用的Y2O3颗粒的平均尺在50nm到2 μ m之间均可。抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层的应用NiAl-Y203涂层可作为抗高温氧化的防护涂层。 所述的抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层在800-950°C的高温条件下，可热生长保护性Al2O3膜。所述的抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层可作为Fe、Co、Ni、碳钢、低合金钢、FeAl或TiAl基金属间化合物的高温防护涂层。本专利技术基本原理如下由于NiAl具有较高的铝含量，高温条件下可以生成单一的Al2O3膜，少量Y2O3的加入可以提高氧化铝膜的黏附性，采用电泳沉积方法可以实现Ni、Al和Y2O3颗粒在金属表面的共沉积，之后的热压工艺则可使沉积层反应生成Y2O3颗粒均匀弥散分布的NiAl涂层，达到提高基体材料抗高温氧化性能的目的。本专利技术的有益效果I.涂层成分、厚度可以控制。可以通过控制电泳液中三种颗粒的含量、电泳沉积时间、电场强度来控制涂层成分、厚度。2.涂层和基体黏附性好。热压过程中涂层和基体之间的互扩散提高了涂层的黏附性。3.工艺简单、成本低。本专利技术采用电泳沉积和真空热压方法，工艺简单，效率高，成本低，因此，应用范围很广。附图说明图1-1为本专利技术电泳沉积过程示意图。图1-2为本专利技术实施例I中的涂层经第三步电泳沉积后的截面形貌照片。图1-3为本专利技术热压过程不意图。图1-4为本专利技术实施例I中的涂层经第四步热压后的截面形貌照片。图1-5为本专利技术比较例中的涂层经第四步热压后的截面形貌照片。图2为本专利技术实施例I涂层和比较例涂层的XRD图谱(曲线a为实施例I涂层的XRD图谱，曲线b为比较例涂层的XRD图谱)。图3-1为本专利技术实施例I涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层的表面低倍形貌照片。图3-2为本专利技术比较例涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层的表面低倍形貌照片。图3-3为本专利技术比较例涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层脱落后的涂层表面形貌照片。图4-1为本专利技术实施例I涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层的截面低倍形貌照片。图4-2为本专利技术实施例I涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层的截面高倍形貌照片。图4-3为本专利技术比较例涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层的截面低倍形貌照片。图4-4为本专利技术比较例涂层经900°C空气中暴露20h后的氧化层的截面高倍形貌照片。具体实施方式 实施例I (以Y -TiAl为基材)I)取Y-TiAl为基材，加工成30 X 30 X 3mm尺寸的试样，经水磨砂纸磨至800#，在丙酮中超声清洗后吹干备用；2)将IlgNi颗粒、4gAl颗粒和O. 3gY203颗粒浸泡在由500ml乙酰丙酮和O. 3g碘单质组成的的电泳液中，以便颗粒分散；采用的Ni、Al颗粒的平均尺寸在50nm到5μπι之间。采用的Y2O3颗粒的平均尺在50nm到I μ m之间。3)在Y -TiAl基材表面电泳沉积一层由Ni、Al和Y2O3颗粒组成的Ni-Al-Y2O3涂层。每次电泳前通过超声振动使Ni、Al和Y2O3颗粒充分悬浮在电泳液中，电泳液温度为25°C,米用石墨阳极，电场强度为200V/cm,每个样品电泳2次,每次电泳时间为20s。按质量百分数计，涂层中Y2O3颗粒含量为3.0%，Al颗粒的含量为41%，其余为Ni颗粒；4)采用热压方法对步骤3)得到的涂层进行致密化处理。热压过程在真空热压炉内进行，热压压强为75MPa，热压温度为1000°C，热压时间为I小时，热压炉内真空度为2X10_2Pa。按质量百分数计，涂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗高温氧化NiAl？Y2O3涂层，其特征在于：涂层由NiAl基体和弥散其中的Y2O3颗粒组成：按质量百分数计，涂层中Y2O3的含量为0.5％？5.0％，其余为NiAl；其中所述NiAl基体按原子百分数计，NiAl中Al原子的含量为45％？58％。
【技术特征摘要】
1.一种抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层，其特征在于涂层由NiAl基体和弥散其中的Y2O3颗粒组成按质量百分数计，涂层中Y2O3的含量为O. 5% -5. 0%，其余为NiAl ;其中所述NiAl基体按原子百分数计，NiAl中Al原子的含量为45% -58%。2.—种权利要求I所述的抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层的制备方法，其特征在于制备分两步进行， (1)首先在金属基材上电泳沉积一层由Ni、Al和Y2O3颗粒组成的Ni-Al-Y2O3涂层，按质量百分数计，涂层中Y2O3颗粒的含量为O. 5% -5. O %，Al颗粒的含量为32% -49%，其余为Ni颗粒； (2)采用热压方法对步骤I)得到的Ni-Al-Y2O3涂层进行致密化处理，使涂层中的Ni、Al颗粒反应生成NiAl，Y2O3颗粒均匀弥散于NiAl中，得到抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层。3.根据权利要求2所述的抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层的制备方法，其特征在于所述的金属基材为Fe、Co、Ni、碳钢、低合金钢、FeAl或TiAl金属间化合物。4.根据权利要求2所述的抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层的制备方法，其特征在于步骤I)电泳沉积时电解液温度为20-40°C，电场强度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓，张洪亮，王志平，王福会，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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