專利名稱：銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一禾中高溫抗氧化涂層的制備方法，具體地說，是高溫合金及難熔金 屬用銥鋁涂層的制備方法，屬于表面技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代能源工業(yè)和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域，高溫合金及難熔金屬是不可缺少的重 要材料。當(dāng)今，高溫合金及難熔金屬已廣泛應(yīng)用于各種燃?xì)鉁u輪機(jī)及各種航天器、 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、潛艇、火力發(fā)電廠、石油化工設(shè)備等方面。為保證這些部 件在使用過程中具有一定的使用壽命，必須使其同時(shí)滿足充分的機(jī)械強(qiáng)度和良好的 抗高溫氧化及熱腐蝕性能，但是高溫合金及難熔金屬通常難以同時(shí)滿足上述全部性 能要求。通常在其表面制備一層高溫涂層以彌補(bǔ)高溫合金及難熔金屬抗高溫腐蝕性 能的不足，因此，高溫防護(hù)涂層越來越被人們所重視。
自上世紀(jì)60年代起，高纟顯防護(hù)涂層技術(shù)得到迅速發(fā)展。鋁在合金表面形成的
氧化鋁膜致密粘附性好，且在高溫時(shí)很穩(wěn)定，因此鋁化物涂層較早應(yīng)用于工業(yè)。 工業(yè)中常用的鎳基高溫合金的鋁化物涂層主要由鎳與鋁的化合物組成，鋁化物涂層 大多通過滲鋁得到。根據(jù)擴(kuò)散方式，又可將滲鋁分成兩種類型，向外生長型和向內(nèi) 生長型。但由于鎳鋁相涂層脆塑轉(zhuǎn)變溫度高、脆性大、易開裂剝落、涂層/基體易 發(fā)生互擴(kuò)散、富鎳的鎳鋁相易發(fā)生馬氏體相變以及不耐硫化和熱腐蝕等缺點(diǎn)，人們 進(jìn)一步發(fā)展了鉑族金屬鋁化物涂層。目前在發(fā)達(dá)國家如美國、英國及法國等，鉑鋁
涂層現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。關(guān)于鉑鋁涂層的想法首先于1961年被C即e提出， 目前，已發(fā)展了涂層的多種制備方法。鉑鋁涂層的制備通常是首先通過電鍍、熔鹽 鍍、物理氣相沉積等方法在合金表面上沉積一定厚度的鉑層，其中電鍍是制備鉬層 最常見的技術(shù)，通常在電鍍鉬層后均需在高溫下OIOO(TC)下進(jìn)行預(yù)擴(kuò)散處理以 增強(qiáng)鉑層與基體的結(jié)合力；隨后用粉末包埋法、料漿法滲鋁及化學(xué)氣相沉積法等方法進(jìn)行滲鋁得到鉑鋁涂層。我國對鉑鋁涂層材料的基礎(chǔ)研究僅始于上世紀(jì)90年代 初，目前仍然處于試制階段，尚未形成商業(yè)化生產(chǎn)。
而同時(shí)目前，國際上對其他銷族金屬鋁化物涂層如高性能的銥鋁高溫抗氧化涂 層材料的開發(fā)應(yīng)用尚為空白，這嚴(yán)重地制約了高溫合金研究的發(fā)展。
檢索大量文獻(xiàn)資料后，至今未見有銥鋁涂層制備技術(shù)的報(bào)道。涂層的結(jié)構(gòu)、成 分和表面狀態(tài)與涂層的性能密切相關(guān)。而我們知道，銥具有最小的氧滲透性，因此
銥是一種有效的氧擴(kuò)散障涂層，但是溫度超過1390K后，其表面容易形成氣態(tài)氧化 物，通過滲鋁，形成銥鋁涂層是一種有效提高其抗氧化性防止形成氧化銥的有效方 法。因此，在高溫合金及難熔金屬表面制備一層銥鋁涂層用以提高金屬的高 顯抗氧 化能力無疑有重要的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種銥鋁涂層的制備方法，該涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高， 可廣泛用于各種高溫合金及難熔金屬，可有效提高高溫合金及難熔金屬的使用壽 命，使高溫合金及難熔金屬具有優(yōu)越的耐冷、熱沖擊性能及高溫抗氧化能力。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，首先對高溫合金及難熔金屬基 體進(jìn)行表面處理及化學(xué)處理；其次在清洗后的合金表面通過電鍍或者化學(xué)氣相沉積 方法得到一層厚度約為0. 5 10微米的純銥；最后在一定纟顯度下進(jìn)行粉末包埋法滲 鋁或者化學(xué)得到銥鋁涂層。
其制備過程按下列步驟進(jìn)行
(1) 高纟顯合金或難熔金屬首先進(jìn)行表面處理，隨后放入一定濃度的鹽酸中，
約1 5 min后取出，二次蒸餾水中清洗并烘干。
(2) 將步驟(l)中處理好的高溫合金或難熔金屬進(jìn)行熔鹽電鍍，電鍍銥厚度 為0. 5 10微米；或者將步驟(l)中處理好的高溫合金或難熔金屬放置于化學(xué)氣相沉 積室，通過輸運(yùn)氣j桐各乙酰丙酮銥蒸氣輸運(yùn)至已被加熱的鉬基體表面，乙酰丙酮銥 發(fā)生熱分解反應(yīng)而使銥在鉬基體表面沉積下來，得到銀色銥涂層，銥厚度也為0. 5 10微米。
(3)將歩驟(2)所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理，滲劑組由鋁粉、氧化鋁粉 及氯化銨組成。首先將試樣埋入裝有滲劑的容器中，隨后將該滲鋁容器放置于高》顯 電阻爐中，通入氬氣并將電阻爐加熱到550 110(rC，通過控制保溫時(shí)間可實(shí)現(xiàn)在高 溫合金或難熔金屬表面制備不同厚度的銥鋁涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，首先本發(fā)明中采用的銥鍍層/沉積層工藝有效改善了銥層的 均勻性，提高了銥與基體之間的結(jié)合力；對任何形狀的構(gòu)件均可進(jìn)行電鍍/沉積， 電鍍/沉積銥厚度可控；其次本發(fā)明所獲得的銥鋁涂層最表面成分為銥鋁金屬間化 合物相，其結(jié)構(gòu)可根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)整而有所變化，表面致密，有效提高了涂層與基 體的結(jié)合力，延長了涂層壽命，同時(shí)涂層厚度亦可控。本涂層可廣泛用于各種高溫 合金或難熔金屬，制備方法簡便，可進(jìn)行連續(xù)性的工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為銥鋁涂層涂層的X射線衍射圖譜。 圖2為銥鋁涂層涂層的的截面二次電子相。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例在難熔金屬-錸基體上進(jìn)行，在其表面制備高溫抗氧化、耐冷、熱沖擊 及與基體結(jié)合力強(qiáng)的銥鋁涂層涂層。結(jié)合圖1 2對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步 描述。 實(shí)施例
難熔金屬-錸首先進(jìn)行表面處理，放入濃度為1 10 M的鹽酸中，約1 5 min后取 出，二次蒸餾水中清洗并烘干。將處理好的高溫合金進(jìn)行熔鹽電鍍或者化學(xué)氣相沉 積銥。熔鹽電鍍的電解質(zhì)由70%的氰化鈉、30%的氰化鉀及適量的添加劑(0. 5 15/L) 組成，電鍍溫度30(T70(TC，電鍍過程中采用氬氣保護(hù)?；瘜W(xué)氣相沉積銥采用輸運(yùn) 氣體將乙酰丙酮銥蒸氣輸運(yùn)至已被加熱的鉬基體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應(yīng) 而使銥在鉬基體表面沉積下來，得到銀色銥薄膜。通入的氧氣與乙酰丙酮銥分解產(chǎn)
5生的碳反應(yīng)生成一氧化碳或二氧化碳，反應(yīng)的氣相產(chǎn)物不斷被真空泵排出沉積室。
基體加熱溫度的變化范圍是30(Tl00(rC，沉積時(shí)間0.5 20 h;其他參數(shù)(如乙酰丙
酮銥的加熱溫度、氧氣流量、氬氣流量以及沉積室壓力等)確定一合適值并保持不變。隨后將所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理，滲劑劑由鋁粉、氧化鋁粉及氯化
銨組成，滲鋁劑的成分按重量百分比為1 12%鋁，75~84%氧化鋁粉及4-24%氯化銨，將其混合均勻。將試樣埋入裝有滲劑的容器中，隨后將該滲鋁容器放置于高溫電阻爐中，通入氬氣并將電阻爐加熱到55(TllO(rC，保溫1 20小時(shí)。所得到的涂層XRD譜線如圖l所示，可見該條件下得到的銥鋁金屬間化合物為IrAl。圖2為銥鋁涂層的的截面二次電子相，可見涂層厚度均勻，平均厚度為6.8 Mm左右。
所得到的銥鋁涂層在1000。C保溫2 min，迅速快冷至室溫，循環(huán)50次表面無裂紋產(chǎn)生(放大10(T2000倍觀察)；在液氮中放置2 min，迅速加溫至室溫，循環(huán)50次表面無裂紋產(chǎn)生(放大10(T2000倍觀察)。120度彎曲樣品表明，涂層與基體保持良好結(jié)合，表面無崩裂現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1、一種銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行(1)高溫合金或難熔金屬首先進(jìn)行表面處理，放入鹽酸中，1～5min后取出，用二次蒸餾水中清洗并烘干；(2)將步驟(1)中處理好的高溫合金或難熔金屬進(jìn)行熔鹽電鍍或者化學(xué)氣相沉積銥，熔鹽電鍍過程中采用氬氣保護(hù)；(3)將步驟(2)所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理，首先將試樣埋入裝有滲鋁劑的容器中，隨后將該滲鋁容器放置于高溫電阻爐中，通入氬氣并將電阻爐加熱到550～1100℃，保溫，在高溫合金或難熔金屬表面制備銥鋁涂層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銥鋁高纟顯抗氧化涂層的制備方法，其特征在于所述的鹽酸濃度為1~10M。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于熔鹽電鍍的電解質(zhì)由70%的氰化鈉、30%的氰化鉀及適量的添加劑(0.5 15/L)組成，電鍍溫度300 700°C ，電鍍過程中采用氬氣保護(hù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于化學(xué)氣相沉積銥采用用輸運(yùn)氣懶每乙酰丙酮銥蒸氣輸運(yùn)至已被加熱的鉬基體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應(yīng)而使銥在鉬基體表面沉積下來，得到,艮色銥薄膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于化學(xué)氣相沉積時(shí)通入的氣體與乙酰丙酮銥分解產(chǎn)生的碳反應(yīng)生成一氧化碳或二氧化碳，反應(yīng)的氣相產(chǎn)物不斷被真空泵排出沉積室?；w加熱溫度的變化范圍是300 1000°C ，沉積時(shí)間0.5~20 h。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，所述的滲鋁劑是由鋁粉、氧化鋁粉及氯化銨組成，滲鋁劑的成分按重量百分比為1 12%鋁，75 84%氧化鋁粉及4-24%氯化銨，將其混合均勻。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的銥鋁高纟顯抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，涂層最表面成分為銥鋁金屬間化合物相，其結(jié)構(gòu)可根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)整而有所變化，涂層表面致密，與基體具有良好結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銥鋁涂層的制備方法。其制備方法是，首先對高溫合金或難熔金屬基體進(jìn)行表面清洗及化學(xué)處理；其次在清洗后的合金表面電鍍或者化學(xué)氣相沉積一層厚度約為0.5-10微米的純銥；最后在一定溫度下進(jìn)行粉末包埋滲鋁得到銥鋁涂層。該涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，可廣泛用于各種高溫合金或難熔金屬，有效提高其使用壽命，使高溫合金或難熔金屬具有優(yōu)越的耐冷、熱沖擊性能及高溫抗氧化能力。
文檔編號(hào)C23C28/02GK101497998SQ200910094228
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者張俊敏, 李艷瓊, 管偉明, 胡昌義, 明 聞 申請人:昆明貴金屬研究所