專利名稱：一種高溫合金防護技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學，特別提供了一種用復(fù)合氧化物涂層及金屬粘結(jié)層來提高高溫合金的高溫防護性能的方法。
背景技術(shù)：
由于苛刻的使用環(huán)境，航空發(fā)動機渦輪葉片使用時必須施加防護涂層，以提高基體合金的抗高溫氧化和熱腐蝕能力。傳統(tǒng)的高溫防護涂層有擴散涂層(如滲鋁涂層)和合金包覆涂層(如MCrAlY涂層)兩大類。這些涂層的基本設(shè)計思想是期望在服役中涂層表面能形成穩(wěn)定的保護性氧化膜，而對基體合金提供防護。
如果直接在合金表面制備一層氧化物層，也可以起到隔離腐蝕介質(zhì)，降低合金腐蝕速度的作用。相比于傳統(tǒng)的高溫防護涂層，這類涂層具有以下優(yōu)點(1)很高的化學穩(wěn)定性且涂層/基體互擴散效應(yīng)很??；(2)阻礙元素通過它在高溫下的遷移，直接對基體起到保護。但是，氧化物涂層很難制備的十分致密。同時由于氧化物與基體合金的線膨脹系數(shù)相差很大，合金表面直接制備的氧化物涂層在溫度循環(huán)條件下容易破裂。因此，如何制備一種結(jié)構(gòu)致密，且具有良好的抗剝落性能的氧化物涂層是目前該領(lǐng)域亟待解決的難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫防護技術(shù)，可以極大地提高高溫合金的抗高溫氧化及熱腐蝕的能力。
本發(fā)明一種高溫合金防護技術(shù)，其特征在于首先在高溫合金基體(1)的表面制備與基體(1)同成分的粘結(jié)層(2)，然后在粘結(jié)層(2)的表面燒制復(fù)合氧化物涂層(3)；其中，復(fù)合氧化物涂層(3)是在搪瓷基體上添加如下成分構(gòu)成的Al2O3、MgO二者之一重量百分比為10～40％；Y2O3重量百分比1～5％；本發(fā)明所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于復(fù)合氧化物涂層(3)中搪瓷基體的組成成分及各自對應(yīng)的重量百分比含量為ZrO23～6％；Al2O33～6％；ZnO8～12％；CaO3～6％；B2O33～6％；Na2O3～6％；K2O5～8％；TiO21～4％；SiO2余量。
本發(fā)明所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于首先在高溫合金基體(1)的表面制備的與基體(1)同成分的粘結(jié)層(2)的厚度為1～10μm；其后燒制的復(fù)合氧化物涂層(3)的厚度為10～50μm。
本發(fā)明所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于優(yōu)選的粘結(jié)層(2)的厚度為2～6μm；復(fù)合氧化物涂層(3)的優(yōu)選厚度為20～30μm。
本發(fā)明所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于所述復(fù)合氧化物涂層(3)的制備方法是首先按以下配比準備待反應(yīng)物Al2O3、MgO二者其中之一10～40％；Y2O31～5％；搪瓷粉余量；然后將以上待反應(yīng)物混合放入有機溶劑中，用濕法球磨制成懸浮液，然后噴涂于粘結(jié)層(2)表面，在700～1300℃條件下燒結(jié)，燒結(jié)時間為5～60min，然后空冷。
本發(fā)明所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于所述有機溶劑可以是無水乙醇；所述燒結(jié)溫度優(yōu)選為1000～1100℃；所述燒結(jié)時間優(yōu)選為10～30min。
本發(fā)明所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于粘結(jié)層2采用如下常規(guī)方法之一制備濺射、電弧離子鍍、熱噴涂。
本發(fā)明的優(yōu)點1、本發(fā)明高溫合金防護技術(shù)，大大提高了基體合金的抗高溫氧化和熱腐蝕能力?？梢云鸬礁綦x腐蝕介質(zhì)，降低合金腐蝕速度的作用。
2、相比于傳統(tǒng)的高溫防護涂層，本發(fā)明具有很高的化學穩(wěn)定性且涂層與基體之間互擴散效應(yīng)很?。蛔璧K了元素通過涂層在高溫下的遷移，直接對基體起到良好的保護作用。
3、本發(fā)明制備出的復(fù)合氧化物涂層3結(jié)構(gòu)致密且具有優(yōu)異高溫性能。復(fù)合氧化物涂層3采用搪瓷作為基體，搪瓷在高溫燒結(jié)時可以形成十分致密的結(jié)構(gòu)，有效的抑制了腐蝕性介質(zhì)向基體的侵入，顯著提高了基體的抗高溫氧化及熱腐蝕的能力；同時，Al2O3(或MgO)5具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，作為強化相分布于搪瓷基體中，極大地提高了搪瓷基體的高溫性能，克服了搪瓷使用溫度不高的缺點；另外，添加少量的稀土氧化物Y2O3可以調(diào)節(jié)復(fù)合氧化物涂層的彈性。
4、另外，本發(fā)明采用了與基體1同成分的粘結(jié)層2，不僅減小了復(fù)合氧化物涂層3和高溫合金基體1之間熱膨脹系數(shù)的差異，提高了復(fù)合氧化物涂層3的抗剝落性能。同時，由于粘結(jié)層2和基體1具有相同的成分，有效地避免了元素間的互擴散。


圖1高溫合金施加粘結(jié)層及復(fù)合氧化物涂層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1在K38G高溫合金上施加粘結(jié)層及復(fù)合氧化物涂層K38G高溫合金氧化時生成以Cr2O3為主的混合氧化膜，其在1000℃以上抗氧化性能差。在樣品基體(1)上使用濺射法制造一層與K38G高溫合金基體同成分的粘結(jié)層(2)，厚度為4μm。
按以下配比準備待反應(yīng)原料Al2O3重量百分比為30％；Y2O3重量百分比3％；搪瓷粉余量。其中，搪瓷粉的組成成分按照重量百分比為ZrO25％，Al2O36％；ZnO9％；CaO4％；B2O34％；Na2O4％；K2O6％；TiO22％；SiO2余量。將以上原料混合放入無水乙醇中濕法球磨制成懸浮液，然后噴涂于粘結(jié)層(2)表面，并達到20μm厚度；最后在1000℃燒結(jié)15min，空冷至室溫，即可制成復(fù)合氧化物涂層(3)。施加粘結(jié)層(2)及復(fù)合氧化物涂層(3)的K38G高溫合金在1000℃表現(xiàn)優(yōu)異的抗氧化能力，氧化100小時增重量僅為0.093mg/cm2。并且復(fù)合氧化物涂層(3)未見發(fā)生剝落。而未加粘結(jié)層(2)及復(fù)合氧化物涂層(3)的K38G高溫合金在1000℃氧化20小時即見氧化皮剝落，100小時后的氧化總增重量達到1.246mg/cm2。在900℃熔融硫酸鹽熱腐蝕100小時后，復(fù)合氧化物涂層(3)也未見開裂剝落，顯著提高了K38G高溫合金抗熱腐蝕的能力，而未加粘結(jié)層(2)及復(fù)合氧化物涂層(3)的K38G高溫合金腐蝕嚴重。
實施例2在IN738高溫合金上施加粘結(jié)層及復(fù)合氧化物涂層IN738高溫合金氧化時生成以Cr2O3為主的混合氧化膜，其在1000℃以上抗氧化性能差。在樣品基體(1)上使用電弧離子鍍法制造一層與IN738高溫合金基體同成分的粘結(jié)層(2)，厚度為4μm。
按照如下配比準備原料MgO重量百分比25％；Y2O3重量百分比3％；搪瓷粉余量。其中，搪瓷粉的各組成成分按照重量百分比為ZrO25％；Al2O36％；ZnO9％；CaO4％；B2O34％；Na2O4％；K2O6％；TiO22％；SiO2余量。將以上原料混合放入無水乙醇中濕法球磨制成懸浮液，然后噴涂于粘結(jié)層(2)表面，并達到20μm厚度；最后在1000℃燒結(jié)15min，空冷至室溫，制成復(fù)合氧化物涂層(3)。施加粘結(jié)層(2)及復(fù)合氧化物涂層(3)的IN738高溫合金在1000℃表現(xiàn)優(yōu)異的抗氧化能力，氧化100小時增重量僅為0.087mg/cm2。并且復(fù)合氧化物涂層(3)未見發(fā)生剝落。而未加粘結(jié)層(2)及復(fù)合氧化物涂層(3)的IN738高溫合金在1000℃氧化10小時即見氧化皮剝落，100小時后的氧化總增重量達到1.784mg/cm2。在900℃熔融硫酸鹽熱腐蝕100小時后，復(fù)合氧化物涂層(3)也未見開裂剝落，顯著提高了IN738高溫合金抗熱腐蝕的能力，而未加粘結(jié)層(2)及復(fù)合氧化物涂層(3)的IN738高溫合金腐蝕嚴重。
權(quán)利要求
1.一種高溫合金防護技術(shù)，其特征在于首先在高溫合金基體(1)的表面制備與基體(1)同成分的粘結(jié)層(2)，然后在粘結(jié)層(2)的表面燒制復(fù)合氧化物涂層(3)；其中，復(fù)合氧化物涂層(3)是在搪瓷基體上添加如下成分構(gòu)成的Al2O3、MgO二者之一重量百分比為10～40％；Y2O3重量百分比1～5％。
2.按照權(quán)利要求1所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于復(fù)合氧化物涂層(3)中搪瓷基體的組成成分及各自對應(yīng)的重量百分比含量為ZrO23～6％；Al2O33～6％；ZnO8～12％；CaO3～6％；B2O33～6％；Na2O3～6％；K2O5～8％；TiO21～4％；SiO2余量。
3.按照權(quán)利要求1所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于首先在高溫合金基體(1)的表面制備的與基體(1)同成分的粘結(jié)層(2)的厚度為1～10μm；其后燒制的復(fù)合氧化物涂層(3)的厚度為10～50μm。
4.按照權(quán)利要求1或3所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于粘結(jié)層(2)的厚度為2～6μm；復(fù)合氧化物涂層(3)的厚度為20～30μm。
5.按照權(quán)利要求1所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于所述復(fù)合氧化物涂層(3)的制備方法是首先按以下配比準備待反應(yīng)物Al2O3、MgO二者其中之一10～40％；Y2O31～5％；搪瓷粉余量；然后將以上待反應(yīng)物混合放入有機溶劑中，用濕法球磨制成懸浮液，然后噴涂于粘結(jié)層(2)表面，在700～1300℃條件下燒結(jié)，燒結(jié)時間為5～60min，然后空冷。
6.按照權(quán)利要求5所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于所述有機溶劑是無水乙醇。
7.按照權(quán)利要求5所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于所述燒結(jié)溫度為1000～1100℃。
8.按照權(quán)利要求5所述高溫合金防護技術(shù)，其特征在于所述燒結(jié)時間為10～30min。
全文摘要
一種高溫合金防護技術(shù)，先在高溫合金基體(1)表面制備與基體同成分的粘結(jié)層(2)，然后在其表面燒制復(fù)合氧化物涂層(3)；復(fù)合氧化物涂層(3)是在搪瓷基體上添加如下成分構(gòu)成Al
文檔編號C23C28/00GK1858304SQ20051004636
公開日2006年11月8日 申請日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者鄭德有, 朱圣龍, 王福會, 謝冬柏, 熊玉明 申請人:中國科學院金屬研究所