一种镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法，属于高温防护涂层技术领域。该方法首先对高温合金基体进行预处理；其次采用电弧离子镀在清洗后的合金表面上沉积Cr层；最后采用粉末包埋法渗Al得到高温合金Al-Cr涂层。本发明专利技术所涉及的这种镍基高温合金Al-Cr涂层制备工艺具有好的工艺重复性和容易实现工业化生产等优点，制备的涂层组织结构致密，与基体结合强度高，而且成分可控制，有效地提高了涂层中的Al存储相和Cr含量，从而可以提高涂层抗氧化、抗热腐蚀性能，并能有效地延长涂层使用寿命。该涂层制备方法可应用于镍基高温合金的防护。

【技术实现步骤摘要】
一种镜基高温合金Al-Cr涂层的制备方法
本专利技术涉及高温防护涂层技术，具体涉及ー种镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法。
技术介绍
在现代能源エ业和航空航天等领域，高温合金是不可缺少的重要部分。航空发动机及燃气涡轮发动机的热端部件特别是涡轮部件在高温、高速及复杂应力下工作，不但要求具有较好的高温強度，较高的蠕变持久性能、疲劳性能及优异的组织稳定性，还要求基体材料具有较高的抗高温氧化及热腐蚀性能。为了使高温合金兼顾优良的力学性能和抗高温氧化性能，ー个非常有效的途径是在高温合金表面施加适当的涂层。从20世纪50年代起，高温防护涂层技术得到迅速发展，尤其是以铝化物涂层的应用最为广泛。相关应用的文献如:①中国专利技术专利，供超高温合金用的富集钇的铝化物涂层，申请号89109243.9 ;②中国专利技术专利，ー种粉末包埋渗铝剂以及包埋渗铝方法，申请号03114750.X ;③中国专利技术专利，ー种高温合金用纳米钼铝抗氧化涂层的制备方法，申请号200810058933.0 ;④中国专利技术专利，铱铝高温抗氧化涂层的制备方法，申请号200910168837.6 等等。铝化物涂层属于扩散涂层，其特点是具有优良的抗氧化性能，但由于NiAl相涂层脆性大、易开裂剥落、抗热腐蚀性能差，因此需要对铝化物涂层进行改进。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供ー种具有良好エ艺重复性，容易实现エ业化生产的镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法，该方法通过在涂层中添加Cr元素很好的提高涂层抗氧化和抗热腐蚀性能，并有效地延长涂层使用寿命。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是:，该方法是在镍基高温合金基体材料上，通过电弧离子镀(AIP，即Arc 1n Plating)的方法沉积Cr层，然后采用粉末包埋法渗Al，渗剂由铝铁合金粉末(Al含量为48~52wt%，粉末粒度为100~300目)和NH4Cl组成，从而在高温合金基体上形成Al-Cr涂层。采用电弧离子镀技术沉积Cr层时，首先将真空室真空预抽至2X 10_3~1X 10_2Pa，通入Ar气，使真空室压强升至5 X 10_2~3X KT1Pa ;然后对样品进行预溅射轰击清洗，靶基距为230~250mm,脉冲偏压为-800~-1000V,占空比20~40%,时间2~5min ;再沉积Cr层，靶基距为230~250_，弧电压15~25V，弧电流50~70A，脉冲偏压为-150~-300V，占空比20~40%，沉积温度50~150°C，沉积时间40~80min，Cr层厚度为5~10 y m。将上述沉积Cr层的镍基高温合金采用粉末包埋法渗Al吋，首先对渗剂进行烘干处理，渗剂的成分为95~98wt%铝铁合金粉末和2~5wt% NH4Cl,将渗剂均匀放在真空渗Al炉的试样盘上，抽真空至8.0X10—2~9.6X 10_2MPa，加热温度为900~1000°C，保温时间为4~5h，然后关闭加热电源，随炉冷却至室温；然后进行包埋渗Al，将试样埋入渗剂中，将真空渗Al炉抽真空至8.0X 10_2~9.6 X 10_2MPa，加热为900~1000°C，保温时间为2~3h，然后关闭加热电源，随炉冷却至室温，得到Al-Cr涂层。沉积Cr层前需对试样进行预处理，首先用SiC水磨砂纸将基体材料逐级打磨至800~1200#，再用60~220目空心玻璃丸湿喷砂处理，然后依次采用去离子水、丙酮超声清洗15min后，再用无水こ醇漂洗后烘干。本专利技术的优点及有益效果如下:1、本专利技术方法所制备涂层使用寿命更长。高温合金Al-Cr涂层中的主要相为3-NiAl和a-Cr相，在高温氧化过程中P-NiAl相可提供Al源支持表层氧化膜的生成和修复，在热腐蚀过程中，涂层中Cr元素可以抵抗腐蚀，因此具有优良的抗氧化和热腐蚀性能，从而延长涂层的使用寿命。 2、本专利技术方法所制备涂层具有均匀致密的结构和良好的结合强度，可应用于镍基高温合金的防护。3、本专利技术采用电弧离子镀沉积Cr层和粉末包埋法渗Al获得高温合金Al-Cr涂层的方法，其エ艺简単，重复性好，而且能有效的控制涂层成分和厚度。【附图说明】图1为本专利技术实施例1中DSMll高温合金上Al-Cr涂层的截面BSE形貌。图2为本专利技术实施例1中DSMll高温合金上Al-Ct涂层的XRD衍射图谱。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术作进ー步详细说明。实施例1基材采用Ni基高温合金DSM 11，其名义成分为(质量百分比):3% Al，5%Ti，14%Cr, 9.5%Co, 3.8%ff, 1.5%Mo, 2.8%Ta, 0.1%C, Ni 余量，试样尺寸为① 15mmX 2mm。采用国产MIP-8-800型电弧离子镀设备沉积Cr层。沉积Cr层前需对试样进行预处理，将用SiC水磨砂纸将基体材料逐级打磨至800#，采用200目空心玻璃丸湿喷砂处理，随即先用去离子水，再用丙酮各超声清洗15min，用无水こ醇漂洗后烘干备用。采用电弧离子镀技术沉积Cr层吋，将真空室真空预抽至6 X 10?,通入Ar气，使真空室压强升至2 X KT1Pa ;对样品进行预溅射轰击清洗，靶基距为240 mm，脉冲偏压为-800V，占空比30%，清洗时间5min ;沉积Cr层时，靶基距为240 mm，弧电压19V，弧电流60A，脉冲偏压为-200V，占空比30%，沉积温度120°C，沉积时间45min，Ar层厚度约为5iim。将得到的沉积Ar层的样品进行粉末包埋渗Al。采用粉末包埋法渗Al时，首先对渗剂进行烘干处理，渗剂的成分为95wt%铝铁合金粉末(Al含量为50wt%，粉末粒度为200目)和5wt% NH4Cl,将渗剂均匀放在真空渗Al炉的试样盘上，抽真空至9.6X10_2MPa，加热温度为950°C，保温时间为4h，然后关闭加热电源，随炉冷却至室温；然后进行包埋渗Al，将试样埋入渗剂中，将真空渗Al炉抽真空至9.6X10_2MPa，加热为950°C，保温时间为2h，然后关闭加热电源，随炉冷却至室温，得到Al-Cr涂层。Al-Cr涂层的截面形貌如图1所示。由图1可知，Al-Cr涂层组织结构致密，与基体结合良好，涂层厚度约为25 u m，其中互扩散区约为5 u m。Al-Cr涂层中Al含量约为32wt%，Cr含量约为13wt%，Ti含量约为2.5wt%，Co含量约为6.5wt%，W含量约为2wt%，Ni为余量。互扩散区内Al含量约为16wt%，Cr含量约为19wt%，Ti含量约为7.5wt%,Co含量约为9wt%，W含量约为7.5wt%, Ta含量约为3.5wt%, Ni为余量。Al-Cr涂层的XRD图谱如图2所示。由图2可知，Al-Cr涂层由@-NiAl、Ni2Al3, a -Cr和AlCr2相组成。将所制备试样进行恒温氧化测试，所制备的Al-Cr涂层在10000C /300h 恒温氧化增重率< 3X l(T3mg/cm2 ? h。镍基高温合金是高温合金中高温強度最高、应用最广泛的ー类合金。因而研究镍基高温合金的防护涂层，具有广泛的应用价值。本实施例中镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法，对其他镍基高温合金，如 GH4037、K438、K438G、K417G、K444、DZ404、DD26、DD4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍基高温合金Al?Cr涂层的制备方法，其特征在于：该方法是在镍基高温合金基体材料上，通过电弧离子镀的方法沉积Cr层，然后采用粉末包埋法渗Al，渗剂由铝铁合金粉末和NH4Cl组成，从而在高温合金基体上形成Al?Cr涂层。

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法，其特征在于:该方法是在镍基高温合金基体材料上，通过电弧离子镀的方法沉积Cr层，然后采用粉末包埋法渗Al，渗剂由铝铁合金粉末和NH4Cl组成，从而在高温合金基体上形成Al-Cr涂层。2.根据权利要求1所述镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法，其特征在于:采用电弧离子镀技术沉积Cr层时，首先将真空室真空预抽至2 X 10_3~I X 10_2Pa，通入Ar气，使真空室压强升至5 X 10_2~3 X KT1Pa ;然后对样品进行预溅射轰击清洗，靶基距为230~250mm，脉冲偏压为-800~-1000V，占空比20~40%，时间2~5min ;再沉积Cr层，靶基距为230~250_，弧电压15~25V，弧电流50~70A，脉冲偏压为-150~-300V，占空比20~40%，沉积温度50~150°C,沉积时间40~80min, Cr层厚度为5~10 y m。3.根据权利要求1所述镍基高温合金Al-Cr涂层的制备方法，其特征在于:采用粉末包埋法渗Al时，首先对渗剂进行烘干处理，然后进行包埋渗Al，包埋渗Al是将试样埋入渗剂中，将真空渗Al炉抽真...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，吴多利，姜肃猛，范其香，华伟刚，宫骏，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：