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)明屬于表面技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高溫合金i^佳熔金屬抗氧化涂層的制備方法。
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^t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(guò)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)度和良好的高溫抗氧化及熱腐蝕性能，但是高溫合金^t熔金屬通常難以同時(shí)滿足上述全部性能要求。通常需要在其表面制備一層高溫防護(hù)涂層以彌補(bǔ)高 顯合金及難熔金屬抗高》M蝕性能的不足。因此，高溫防護(hù)涂層越來(lái)越被人們所重視。
自上世紀(jì)60年代起，高溫防護(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(guò)滲鋁得到。根據(jù)擴(kuò)散方式，又可將滲鋁分成兩種類(lèi)型即向外生長(zhǎng)型和向內(nèi)生長(zhǎng)型。但由于鎳鋁相涂層脆塑轉(zhuǎn)變溫度高、脆性大、易開(kāi)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。目前研究得比較多的鉑族金屬鋁化物涂層主要是鉬鋁涂層。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)及法國(guó)等，鉑鋁涂層已廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。關(guān)于鉬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(guò)電,度、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，其中電鍍是制備鈾層最常見(jiàn)的技術(shù)。通常在電鍍鉬層后均需在高溫下(〉100(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、料漿法及化學(xué)氣相沉積法等方法進(jìn)行滲鋁得到鉑鋁涂層。
同時(shí)，目前國(guó)際上對(duì)其他鉬族金屬鋁化物涂層如銥鋁高溫抗氧化涂層材料的開(kāi)
發(fā)應(yīng)用尚為空白，這嚴(yán)重地制約了高溫合金/難熔金屬研究的發(fā)展。
檢索大量文獻(xiàn)資料后，至今未見(jiàn)有銥鋁涂層審恪技術(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(guò)1390K后，其表面容易形成氣態(tài)氧化物，通過(guò)滲鋁形成銥鋁涂層是一種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溫抗氧化能力無(wú)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，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(duì)高溫合金及難熔金屬基體進(jìn)纟f表面清洗及化學(xué)處理；其次在處理后的合金表面通過(guò)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；最后在一定溫度下進(jìn)行粉末包埋法滲鋁得到銥鋁涂層。
其制備過(guò)程按下列步M行
(1) 高溫合金或難熔金屬首先進(jìn)行表面清洗，隨后放入一定濃度的鹽酸中，
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，電鍍銥層的厚度為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(guò)輸運(yùn)氣術(shù)每乙酰丙酮銥蒸氣輸運(yùn)至己被加熱的,體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應(yīng)而使銥在縫體表面沉積下來(lái)，得到銀色銥涂層，沉積的銥層厚度也為0. 5~10微米。(3)將步驟(2)所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理，f錄岫鋁粉、氧化 鋁粉及氯化銨組成。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55(TllO(rC，通過(guò)控制保溫M^、保 溫時(shí)間可實(shí)現(xiàn)在高溫合金或難熔金屬表面制備出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，有利于增強(qiáng)銥與基體之間的結(jié)合力；對(duì)復(fù)雜形狀的構(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；涂層表面致密，涂層與基體的結(jié)合力良好，同時(shí)凃?qū)雍穸纫嗫煽?。本?層可廣泛用于各種高溫合金或難熔金屬，制備方法簡(jiǎn)便，可進(jìn)纟，續(xù)性的工業(yè)化生


圖1為電鍍銥""滲鋁獲得的銥鋁涂層的X射線衍射圖譜。 圖2為電鍍銥一滲鋁獲得的銥鋁涂層的截面的掃描電鏡形貌。 圖3為化學(xué)氣相沉積銥一滲鋁獲得的銥鋁涂層截面的掃描電鏡形貌。 具體實(shí)駄式
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)合圖廣3對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步 描述。 實(shí)施例l
難熔金屬-錸首先進(jìn)行表面清洗，放入濃度為4 M的鹽酸中，約3 min后取出， 二次蒸餾水中清洗并烘干。將處理好的,行熔鹽電鍍銥。熔鹽電鍍的電解質(zhì)由重 量百分比為60%的氰化鈉、38%的氰化鉀及2%的氰化銥鉀組成，電鍍溫度為60CTC, 陰極電流密度為15 mA/cm2電鍍過(guò)程中采用氬氣保護(hù)，電鍍時(shí)間為2小時(shí)，得到的銥 層厚度為2微米。隨后將所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理。滲鋁劑由鋁粉、氧 化鋁粉及氯化銨組成，成分按重量百分比為10%鋁，75%氧化鋁粉及15%氯化銨，將其混合均勻。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100(TC，保溫2小時(shí)。所得到的涂層X(jué)RD圖譜如圖 l所示，可見(jiàn)該條件下得到的銥鋁金屬間化合物為l:l原子比的IrAl。圖2為銥鋁涂 層的掃描電鏡形貌，可見(jiàn)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100(TC保溫2 min，迅速快冷至室溫，循環(huán)50次表面無(wú)裂 紋產(chǎn)生(放大100 2000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(wú)裂紋產(chǎn)生(放大100 2000倍觀察)。120度彎曲樣品i明，涂層與基體保持良 好結(jié)合，表面無(wú)崩裂現(xiàn)象。 實(shí)施例2
難熔金屬-錸首先進(jìn)行表面清洗，放入濃度為8M的鹽酸中，約3 min后取出，二 次蒸餾水中清洗并烘干。將處理好的,行熔鹽電鍍銥。熔鹽電鍍的電解質(zhì)由重量 百分比為65%的氰化鈉、30%的氰化鉀及5%的氰化銥鉀組成，電鍍溫度為70(TC，陰 極電流密度為20 raA/cm2電鍍過(guò)程中采用氬氣保護(hù)，電鍍時(shí)間為4小時(shí)，得到的銥層 厚度為5微米。隨后將所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理。滲鋁劑由鋁粉、氧化 鋁粉及氯化銨組成，成分按重量百分比為10%鋁，75%氧化鋁粉及15%氯化銨，將其 混合均勻。將試樣埋入裝有滲鋁齊啲容器中，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100(TC,保溫2小時(shí)。所得到的得到的涂層結(jié)構(gòu)同 樣為l:l原子比的IrAl。涂層厚度均勻，平均厚度為12 Mm^右。
所得到的銥鋁涂層在100(TC保溫2 min，迅速快冷至室溫，循環(huán)50次表面無(wú)裂 紋產(chǎn)生(放大100 2000倍觀察)；在液氮中放置2 min， M加溫至室溫，循環(huán)50次 表面碟紋產(chǎn)生(放大100 2000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(wú)崩裂現(xiàn)象。 實(shí)施例3
難熔金屬-錸首先進(jìn)行表面清洗，放入濃度為10M的鹽酸中，約1.5min后取出， 二次蒸餾水中清洗并烘干?；瘜W(xué)氣相沉積銥采用輸運(yùn)氣懶每乙酰丙酮銥蒸氣輸運(yùn)至已被加熱的錸基體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應(yīng)而使銥在錸基體表面沉積下 來(lái)，得到銀色銥薄膜。通入的氧氣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；錸基體加熱溫度是70(TC， 沉積時(shí)間為3小時(shí)，所得到的銥厚度為2微米；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，在本實(shí)施例中 乙酰丙酮銥的加熱溫度為210。C，氧氣流量為5 ml/min、氬氣流量為30 ml/min，沉 積室壓力為O. 5 Pa。隨后將所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理，滲鋁劑由鋁粉、 氧化鋁粉及氯化銨組成，成分按重量百分比為8%鋁，82%氧化鋁粉及10%氯化銨，將 其混合均勻。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至U80(TC，保溫2小時(shí)。所得到的得到的涂層結(jié)構(gòu)同 樣為l:l原子比的IrAl。圖3為所獲得銥鋁涂層的截面掃描電鏡形貌，涂層厚度均勻， 平均厚度為3. 8 Mm^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(wú)裂 紋產(chǎn)生(放大100 2000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(wú)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(wú)崩裂現(xiàn)象。 實(shí)施例4
難熔金屬-錸首先進(jìn)行表面清洗，放入濃度為5M的鹽酸中，約1.5min后取出， 二次蒸餾水中清洗并烘干?；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 已被加熱的錸基體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應(yīng)而使銥在錸基體表面沉積下 來(lái)，得到銀色銥薄膜。通入的氧氣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；錸基體加熱溫度是100(TC， 沉積時(shí)間為3小時(shí)，所得到的銥厚度為4微米；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，在本實(shí)施例中 乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解的加熱、溫度為210。C，氧氣流量為8 ml/min、氬氣流量為50ml/min，沉積室壓力為1.0 Pa。隨后將所獲得的試樣進(jìn)行粉末包埋滲鋁處理，滲鋁 劑由鋁粉、氧化鋁粉及氯化銨組成，成分按重量百分比為8%鋁，82%氧化鋁粉及10% 氯化銨，將其混合均勻。將試樣埋A^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105(TC，保溫2小時(shí)。所得到的得到 的涂層結(jié)構(gòu)同樣為l:l原子比的IrAl,涂層厚度均勻，平均厚度為10.5 Mm^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(wú)裂 紋產(chǎn)生(放大100 2000倍觀察)；在液氮中放置2 min，迅速加溫至室溫，循環(huán)50次 表面碟紋產(chǎn)生(放大100 2000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(wú)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)行表面清洗，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；(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，即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所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方纟去，其特征在于所 述的鹽酸濃度為1 10 M。
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)組成為重量百分比為30 70%的氰化鈉、35 60%的氰化鉀組成，1 5%的氰化銥鉀，電鍍皿300 70(TC，陰極電流密度為廣20mA/cm2，電鍍中采用氬氣保護(hù)，電鍍時(shí)間廣24 h。
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t去，其特征在于化學(xué)氣相沉積銥采用用輸運(yùn)氣術(shù)每乙酰丙酮銥蒸氣輸運(yùn)至已被加熱的鶴體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應(yīng)而使銥在錸基體表面沉積下來(lái)，得到銀色銥薄膜。
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)通入的氧氣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，基體加熱溫度范圍是300 100(TC，沉積時(shí)間0. 5 30 h。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于乙酰丙酮銥的加熱溫度為210。C，氧氣流量為5 10 ml/min，氬氣流量為20 60 ml/min，沉積室壓力為0. 5 2 Pa。
7、 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，所述的滲鋁齊l堤由鋁粉、氧化鋁粉及氯化銨組成，滲鋁齊啲成分按重量百分比為廣12%鋁粉，75 84%氧化鋁粉及4 24%氯化銨，將其混合均勻。
8、 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，滲鋁過(guò)程為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550 1 IO(TC,保溫1 10小時(shí)。
9、 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，涂層最終表面成分為銥鋁金屬間化合物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種銥鋁涂層的制備方法。其制備方法是，首先對(duì)高溫合金或難熔金屬基體進(jìn)行表面清洗及化學(xué)處理；其次在處理后的合金表面通過(guò)電鍍或者化學(xué)氣相沉積手段得到一層厚度約為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)C23C28/00GK101643902SQ20091016883
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年8月22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(qǐng)人:昆明貴金屬研究所