本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在金屬鉬表面制備高溫抗氧化覆層的方法。

背景技術(shù)：

由于航天航空、原子能等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于耐高溫材料的要求也在不斷的提高。高熔點(diǎn)金屬的硅化物，高溫抗氧化方面有著很大的應(yīng)用潛力。

金屬鉬(Mo)具有2610℃的高熔點(diǎn)，適合在高溫環(huán)境中使用而不變形，但其在高溫環(huán)境中工作時(shí)仍需要惰性氣體保護(hù)，這就使金屬M(fèi)o的應(yīng)用受到了極大的限制；金屬M(fèi)o在實(shí)際應(yīng)用中面臨的最大困難是空氣中430℃以上容易發(fā)生氧化，900℃以上生成的氧化物(MoO₃)升華，導(dǎo)致內(nèi)部金屬M(fèi)o被進(jìn)一步氧化。如果可以在金屬M(fèi)o表面制備一種高溫抗氧化層，就可能實(shí)現(xiàn)金屬M(fèi)o作為高溫材料使用的目的；MoSi₂和Mo(Si，Al)₂作為候選材料受到了極大的關(guān)注；MoSi₂在700～1700℃表現(xiàn)出的抗氧化性主要?dú)w因于材料表面形成了連續(xù)SiO₂層，但是在500℃以下的低溫環(huán)境中發(fā)生SiO₂層不連續(xù)的現(xiàn)象；因此，在高溫大氣的環(huán)境下工作，很容易造成內(nèi)部材料的破壞。

化合物Mo(Si，Al)₂的氧化速率要高于MoSi₂，但是其氧化后的產(chǎn)物能夠牢固的附著在樣品外表面，起到保護(hù)作用；；目前有關(guān)Mo(Si，Al)₂抗氧化層的制備與操作都比較復(fù)雜，深入研究Mo(Si，A1)₂抗氧化能力的報(bào)道也較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的金屬鉬抗氧化層技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種在金屬鉬表面制備高溫抗氧化覆層的方法，采用簡(jiǎn)單的熔融金屬浸漬法，利用高溫?cái)U(kuò)散原理，在金屬M(fèi)o表面制備Mo(Si，Al)₂抗氧化層，并對(duì)其在大氣中1000℃以上的抗氧化能力進(jìn)行研究，為高溫抗氧化材料領(lǐng)域的研究提供新的方法和理論依據(jù)

本發(fā)明的金屬鉬表面制備高溫抗氧化覆層的方法包括以下步驟：

1、將金屬鉬表面進(jìn)行拋光處理，去除表面雜質(zhì)；

2、將拋光后的金屬鉬浸入盛放Al-Si熔體的坩堝中，再將坩堝放入電阻加熱爐中加熱至850±10℃保溫至少10小時(shí)，再將獲得的反應(yīng)后鉬塊取出；

3、將反應(yīng)后鉬塊置于氫氧化鈉溶液中，在超聲波條件下清洗，以去除表面殘留的Al-Si熔液，再將獲得的清洗后鉬塊取出；

4、將清洗后鉬塊置于無(wú)水酒精中，在超聲波條件下清洗，然后取出干燥，獲得表面涂覆有高溫抗氧化覆層的金屬鉬。

上述的高溫抗氧化覆層的厚度為40～110μm。

上述方法中，Al-Si熔體的成分按重量百分比含Si 10～30％，其余為Al。

上述方法中，氫氧化鈉熔液的質(zhì)量濃度為20～40％。

上述方法中，步驟3在超聲波條件下清洗的時(shí)間為20～60min。

上述方法中，步驟4在超聲波條件下清洗的時(shí)間為5～20min。

本發(fā)明基于對(duì)各種元素組合進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料，與現(xiàn)有高溫材料相比具有成本低，方法可操作性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，制成的高溫抗氧化覆層具有很好的高溫抗氧化性，可以在1200℃的空氣中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例2中獲得的表面涂覆有高溫抗氧化覆層的金屬鉬的斷面X射線衍射照片圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中獲得的表面涂覆有高溫抗氧化覆層的金屬鉬進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)后的斷面SEM照片圖，圖中白色圈內(nèi)的白色線條為氧化鋁層；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中獲得的表面涂覆有高溫抗氧化覆層的金屬鉬進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)前的斷面SEM照片圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中采用的掃描設(shè)備為Zeiss-∑IGMA HD型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡；掃描時(shí)將樣品固定在樹(shù)脂內(nèi)，附圖2和3中上部黑色部分為樹(shù)脂。

本發(fā)明實(shí)施例中采用的超聲波設(shè)備型號(hào)為JP-020型臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室用超聲波清洗機(jī)。

本發(fā)明實(shí)施例中超聲波條件的超聲波頻率為40000Hz。

本發(fā)明實(shí)施例中采用的金屬鉬為市購(gòu)產(chǎn)品，純度為99.95％。

本發(fā)明實(shí)施例中采用的X射線衍射裝置為X′pert Powder型X射線衍射儀。

實(shí)施例1

將金屬鉬表面進(jìn)行拋光處理，去除表面雜質(zhì)；

將拋光后的尺寸Φ10mm×3mm金屬鉬浸入盛放Al-Si熔體的坩堝中，再將坩堝放入電阻加熱爐中加熱至850±10℃保溫10小時(shí)，再將獲得的反應(yīng)后鉬塊取出；Al-Si熔體的成分按重量百分比含Si10％，其余為Al；

將反應(yīng)后鉬塊置于質(zhì)量濃度為20％的氫氧化鈉溶液中，在超聲波條件下清洗20min，以去除表面殘留的Al-Si熔體，再將獲得的清洗后鉬塊取出；

將清洗后鉬塊置于無(wú)水酒精中，在超聲波條件下清洗5min，然后取出干燥，獲得表面涂覆有高溫抗氧化覆層的金屬鉬，高溫抗氧化覆層的厚度為40μm。

實(shí)施例2

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

(1)在電阻加熱爐中加熱至850±10℃保溫12小時(shí)；Al-Si熔體的成分按重量百分比含Si 20％；

(2)將反應(yīng)后鉬塊置于質(zhì)量濃度為30％的氫氧化鈉溶液中，在超聲波條件下清洗40min；

(3)將清洗后鉬塊置于無(wú)水酒精中，在超聲波條件下清洗10min；高溫抗氧化覆層的厚度為80μm；

利用電子探針(EPMA)和X射線衍射裝置(XRD)對(duì)得到的化合物層斷面進(jìn)行各元素掃描，確認(rèn)所得到的化合物層為Mo(Si，Al)₂層，如圖1所示；將得到的樣品在空氣中加熱到1200℃，并保持10h；氧化試驗(yàn)后對(duì)樣品的斷面進(jìn)行觀察和成分分析，確認(rèn)樣品的最外層致密薄層為Al₂O₃，而Mo(Si，Al)₂層仍然致密、牢固的附著在基體上，如圖2所示(加熱實(shí)驗(yàn)前的SEM照片如圖3所示)；由于樣品的最外層產(chǎn)生了致密Al₂O₃層，保護(hù)了樣品內(nèi)部免于被進(jìn)一步遭到氧化破壞，使該材料可以在大氣中1200℃的高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用。

實(shí)施例3

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

(1)在電阻加熱爐中加熱至850±10℃保溫11小時(shí)；Al-Si熔體的成分按重量百分比含Si 30％；

(2)將反應(yīng)后鉬塊置于質(zhì)量濃度為40％的氫氧化鈉溶液中，在超聲波條件下清洗60min；

(3)將清洗后鉬塊置于無(wú)水酒精中，在超聲波條件下清洗20min；高溫抗氧化覆層的厚度為110μm。