專利名稱：一種采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫涂層，更特別地說，是指一種采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，高溫結(jié)構(gòu)材料有了很大發(fā)展，但改善材料的抗高溫氧化性僅僅從材料本身考慮是不夠的。實(shí)踐證明，高溫材料本身要做到既有好的高溫強(qiáng)度，又具備優(yōu)良的抗氧化、抗腐蝕性能十分困難。然而，不論是研制還是使用高溫涂層，其經(jīng)費(fèi)都比高溫材料低得多，因此采用涂層技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。包埋滲制備鋁化物涂層的工藝簡單、成熟，且成本較低而被廣泛使用。有研究表明，鎳基合金表面滲鋁硅、鋁鉻、鉬鋁等涂層可以比較有效地提高抗高溫氧化和熱腐蝕性能。Hf具有活性元素效應(yīng)，并且是難熔金屬，為了進(jìn)一步提高合金的抗高溫循環(huán)氧化和抗熱腐蝕性能，CoAlNiHf涂層的制備具有重要的研究價(jià)值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種采用包埋滲方法在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi 涂層的方法，通過在高溫下產(chǎn)生出Co、Al和Hf的活性原子，使Co、Al和Hf的活性原子擴(kuò)散到基體內(nèi)部，從而生成涂層。涂層表面與基體之間存在有互擴(kuò)散層。所述制得的CoAlNiHf 涂層厚度為10 μ m 30 μ m，CoAlNiHf涂層包括有Ala9Ni1. ι相及Al2O3相，所述Ala9Ni1. ι相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf 原子以占位固溶的形式存在于Ala 9NiL i相中。
本發(fā)明是一種采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其包括有下列步驟
第一步基體的前處理
(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；
(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；
第二步制包埋滲料
制100g包埋滲料由6 10g粒度為100目的Al粉、15 25g粒度為100目的Co 粉、1 3g粒度為400目的HfO2粉、2 8g粒度為100目的NH4Cl粉、2 8g粒度為100目的NH4I粉和余量粒度為100目的Al2O3粉組成；
第三步采用包埋滲工藝制備Hf改性CoAlNi涂層
(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料， 蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；
(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為3 rTC /min，包埋滲溫度1000°C 1100°C，包埋滲時(shí)間5 12h ;
(C)開啟電阻爐，通入氬氣；所述氬氣的質(zhì)量百分比純度為99. 0%，流量60ml/ min 150ml/min ；(D)在包埋滲時(shí)間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打 開爐門取出試樣，即制得第三試樣；(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗10 20分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基 高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。采用本發(fā)明包埋滲工藝制得的CoAlNiHf涂層的優(yōu)點(diǎn)在于①利用包埋滲工藝的熱化學(xué)處理方法，使得包埋滲料在產(chǎn)生出Co、Al和Hf的活性 原子，使Co、A1和Hf的活性原子擴(kuò)散到基體內(nèi)部，從而生成涂層。涂層表面與基體之間存 在有互擴(kuò)散層。②利用熱阻爐進(jìn)行化學(xué)熱處理制得的CoAlNiHf涂層厚度為10iim 30iim， CoAlNiHf涂層包括有AUiu相及A1203相，所述AU4:相中部分Ni原子被Co原子所 替代，而A1203相的存在是由于滲料中的A1203嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在 于AUiu相中。工藝可控、生產(chǎn)成本低。③制得的CoAlNiHf涂層在高溫1050°C循環(huán)氧化時(shí)能夠形成連續(xù)、致密的A1203氧 化物層，從而阻止涂層和基體的進(jìn)一步被氧化，改善了 Ni基高溫合金基體的抗高溫循環(huán)氧 化性能。④制備的CoAlNiHf涂層在75%的硫酸鈉和25%的氯化鈉組成的腐蝕劑中進(jìn)行高 溫腐蝕測試在溫度850°C 950°C的條件下，腐蝕100 200小時(shí)后，觀察試樣，其表面平 整、無剝落，說明CoAlNiHf涂層具有很好的抗熱腐蝕性能。


圖1是采用本發(fā)明方法在基體上制CoAlNiHf涂層的示意圖。圖2是實(shí)施例1制得的CoAlNiHf涂層的SEM照片。圖3是實(shí)施例1制得的CoAlNiHf涂層的XRD圖。圖4為第三試樣與DZ125合金進(jìn)行循環(huán)氧化增重曲線。圖5是實(shí)施例1制得的CoAlNiHf涂層循環(huán)氧化后的SEM照片。圖6是實(shí)施例1制得的CoAlNiHf涂層循環(huán)氧化后的XRD圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明CoAlNiHf涂層包括有Al^Nii.丨相及A1203相，所述Al^Nii.丨相中部分Ni 原子被Co原子所替代，而A1203相的存在是由于滲料中的A1203嵌入涂層中，Hf原子以占位 固溶的形式存在于AluNiu相中。所制CoAlNiHf涂層厚度為10 y m 30 y m。本發(fā)明是一種采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAINi涂層的方 法，該涂層制備方法有下列步驟第一步基體的前處理(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；第一試樣的表面粗糙度為Ra=l. 6 ；
(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；
第二步制包埋滲料
制IOOg包埋滲料由6 IOg粒度為100目的Al粉、15 25g粒度為100目的Co 粉、I 3g粒度為400目的HfO2粉、2 8g粒度為100目的NH4Cl粉、2 8g粒度為100目的NH4I粉和余量粒度為100目的Al2O3粉組成；
在本發(fā)明中，加入的Al2O3粉在包埋滲過程中不參與反應(yīng)，只作為填料。該填料在不影響涂層形成的基礎(chǔ)上，可以有效地降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了反應(yīng)物的浪費(fèi)。
在本發(fā)明中，加入NH4Cl粉與NH4I粉能夠與Al粉、Co粉和HfO2粉反應(yīng)，形成相應(yīng)的氣體化合物，只有該化合物才能產(chǎn)生出Al、Co和Hf的活性原子，滲入到Ni基高溫合金表面。
第三步采用包埋滲工藝制備CoAlNiHf涂層
(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料，蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；
(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為3 rTC /min，包埋滲溫度1000°C 1100°C，包埋滲時(shí)間5 12h ;
(C)開啟電阻爐，通入氬氣；所述氬氣的質(zhì)量百分比純度為99. 0%，流量60ml/ min 150ml/min ;在||氣保護(hù)下制CoAlNiHf涂層；
(D)在包埋滲時(shí)間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打開爐門取出試樣，即制得第三試樣；
(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗10 20分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。
將上述方法制備的CoAlNiHf涂層經(jīng)SEM和XRD進(jìn)行成分和相分析。其結(jié)構(gòu)參見圖1所示，基體上是互擴(kuò)散層，最外面是CoAlNiHf涂層。
實(shí)施例1 :
基體選用N1-6. OCo-9. OCr-7. 5ff-5. 9A1-3. 7Ta_2. 4Mo_l. 5Hf-l. 2Ti(牌號 DZ125)。
第一步基體的前處理
(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；
第一試樣的表面粗糙度為Ra=L 6 ；
(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；
第二步制包埋滲料
制IOOg包埋滲料 由10. Og粒度為100目的Al粉、20g粒度為100目的Co粉、3g 粒度為400目的HfO2粉、4g粒度為100目的NH4Cl粉、4g粒度為100目的NH4I粉和余量粒度為100目的Al2O3粉組成；
在本發(fā)明中，加入的Al2O3粉在包埋滲過程中不參與反應(yīng)，只作為填料。該填料在不影響涂層形成的基礎(chǔ)上，可以有效地降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了反應(yīng)物的浪費(fèi)。
在本發(fā)明中，加入NH4Cl與NH4I粉能夠與Al粉、Co粉和HfO2粉反應(yīng)，形成相應(yīng)的氣體化合物，只有該化合物才能產(chǎn)生出Al、Co和Hf的活性原子，滲入到Ni基高溫合金表面。
第三步采用包埋滲工藝制備CoAlNiHf涂層
(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料，蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；
(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為6°C /min，包埋滲溫度1050°C，包埋滲時(shí)間IOh ；
(C)開啟電阻爐，通入氬氣；所述氬氣的質(zhì)量百分比純度為99. 0%，流量IOOml/ min ;在気氣保護(hù)下制CoAlNiHf涂層；
(D)在包埋滲時(shí)間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打開爐門取出試樣，即制得第三試樣；
(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗15分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。
將實(shí)施例1制備的CoAlNiHf涂層經(jīng)SEM (如圖2)和XRD (如圖3)分析表明， CoAlNiHf涂層包括有Ala9Ni1J相及Al2O3相，所述Ala9Ni1.1相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在于Ala9Nihl相中，涂層厚度為23.6 μ m。通過能譜發(fā)現(xiàn)，互擴(kuò)散層的成分為16Al-14Co_49. 8 N1-4Mo-9Cr-6ff-l. 2Hf，厚度約為20. O μ m。在圖2中能夠觀察到基體經(jīng)包埋滲處理之后具有互擴(kuò)散層和CoAlNiHf涂層的結(jié)構(gòu)。在圖3中可以看出CoAlNiHf涂層中有Ala9Niu相及 Al2O3相，所述Ala9Niu相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在于Ala 9NiL ι相中。
由于CoAlNiHf涂層將在高溫循環(huán)氧化及熱腐蝕等條件下工作，這些都有可能導(dǎo)致涂層失效。因此，高溫循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)的目的是研究金屬或合金在循環(huán)氧化反應(yīng)條件下的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和氧化機(jī)理。其中最簡單的方法是把一個(gè)已知質(zhì)量和表面積的試樣放在加熱爐內(nèi)氧化一定時(shí)間，將其取出并冷卻后進(jìn)行稱量，而后再次放入加熱爐中氧化一定時(shí)間，將其取出并冷卻后再次進(jìn)行稱量，如此反復(fù)，根據(jù)試樣質(zhì)量變化可以確定氧化程度。試樣表面氧化膜的形貌、結(jié)構(gòu)和組成可以用各種X-射線和金相技術(shù)進(jìn)行觀察和分析。
在本發(fā)明中，高溫循環(huán)氧化試驗(yàn)溫度為1050°C，將上述方法制備的第三試樣置于高溫管式爐中進(jìn)行高溫循環(huán)氧化處理，圖4為第三試樣與DZ125合金進(jìn)行循環(huán)氧化增重曲線，從圖中可以看出相對于DZ125合金基體，第三試樣具有更好的抗高溫循環(huán)氧化性能。循環(huán)氧化后測量試樣質(zhì)量變化并采用XRD、SEM觀察和分析成分。
循環(huán)氧化后的涂層表面經(jīng)過SEM (如圖5)和XRD (如圖6)分析表明涂層表面形成了連續(xù)致密的Al2O3氧化物層，從而有效地阻止了循環(huán)氧化過程中氧向基體的擴(kuò)散。在圖5 中能夠觀察到在CoAlNiHf涂層表面形成了一層連續(xù)致密的氧化物層。該氧化物層通過XRD 分析得知為Al2O3氧化物，如圖6所示。
將實(shí)施例 1制備的CoAlNiHf涂層在75%的硫酸鈉和25%的氯化鈉組成的腐蝕劑中進(jìn)行高溫腐蝕測試在溫度850°C的條件下，腐蝕200小時(shí)后，觀察試樣，其表面平整、無剝落，說明經(jīng)本發(fā)明包埋滲方法制備的CoAlNiHf涂層具有很好的抗熱腐蝕性能。
實(shí)施例2
基體選用N1-10Co-9Cr-12W-5Al-l. 5Hf-2Ti (牌號 DZ22)。
第一步基體的前處理
(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；
第一試樣的表面粗糙度為Ra=L 6 ；
(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；
第二步制包埋滲料
制IOOg包埋滲料由7g粒度為100目的Al粉、15g粒度為100目的Co粉、Ig粒度為400目的HfO2粉、5g粒度為100目的NH4Cl粉、5g粒度為100目的NH4I粉和余量粒度為 100目的Al2O3粉組成；
在本發(fā)明中，加入的Al2O3粉在包埋滲過程中不參與反應(yīng)，只作為填料。該填料在不影響涂層形成的基礎(chǔ)上，可以有效地降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了反應(yīng)物的浪費(fèi)。
在本發(fā)明中，加入NH4C1粉與NH4I粉能夠與Al粉、Co粉和HfO2粉反應(yīng)，形成相應(yīng)的氣體化合物，只有該化合物才能產(chǎn)生出Al、Co和Hf的活性原子，滲入到Ni基高溫合金表面。
第三步采用包埋滲工藝制備CoAlNiHf涂層
(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料，蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；
(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為5°C /min，包埋滲溫度1000°C，包埋滲時(shí)間8h
(C)開啟電阻爐,通入気氣；所述気氣的質(zhì)量百分比純度為99. 0%,流量80ml/min ； 在氬氣保護(hù)下制CoAlNiHf涂層；
(D)在包埋滲時(shí)間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打開爐門取出試樣，即制得第三試樣；
(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗10分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。
將實(shí)施例2制備的CoAlNiHf涂層經(jīng)SEM和XRD分析表明，CoAlNiHf涂層包括有 Ala9Nihl相及Al2O3相，所述Ala9Niu相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在于Ala9Niu相中。通過能譜發(fā)現(xiàn)，互擴(kuò)散層的成分為23A1-15CO-38. 6Ν -6. 4Cr-16ff-lHf,厚度約為15. Oym0
將實(shí)施例2制備的CoAlNiHf涂層在75%的硫酸鈉和25%的氯化鈉組成的腐蝕劑中進(jìn)行高溫腐蝕測試在溫度950°C的條件下，腐蝕100小時(shí)后，觀察試樣，其表面平整、無剝落，說明經(jīng)本發(fā)明包埋滲方法制備的CoAlNiHf涂層具有很好的抗熱腐蝕性能。
實(shí)施例3
基體選用N1-5Co-llCr-5W-5. 5A1-4. 1Μο_2· 5Ti (牌號 K403)。
第一步基體的前處理
(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；
第一試樣的表面粗糙度為Ra=L 6 ；
(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；
第二步制包埋滲料
制IOOg包埋滲料由8g粒度為100目的Al粉、25g粒度為100目的Co粉、2g粒度為400目的HfO2粉、3g粒度為100目的NH4Cl粉、3g粒度為100目的NH4I粉和余量粒度為100目的Al2O3粉組成；
在本發(fā)明中，加入的Al2O3粉在包埋滲過程中不參與反應(yīng)，只作為填料。該填料在不影響涂層形成的基礎(chǔ)上，可以有效地降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了反應(yīng)物的浪費(fèi)。
在本發(fā)明中，加入NH4Cl粉與NH4I粉能夠與Al粉、Co粉和HfO2粉反應(yīng)，形成相應(yīng)的氣體化合物，只有該化合物才能產(chǎn)生出Al、Co和Hf的活性原子，滲入到Ni基高溫合金表面。
第三步采用包埋滲工藝制備CoAlNiHf涂層
(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料，蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；
(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為4°C /min，包埋滲溫度1100°C，包埋滲時(shí)間12h ；
(C)開啟電阻爐,通入気氣；所述気氣的質(zhì)量百分比純度為99. 0%,流量60ml/min ； 在氬氣保護(hù)下制CoAlNiHf涂層；
(D)在包埋滲時(shí) 間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打開爐門取出試樣，即制得第三試樣；
(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗15分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。
將實(shí)施例3制備的CoAlNiHf涂層經(jīng)SEM和XRD分析表明，CoAlNiHf涂層包括有Ala9Niu相及Al2O3相，所述Ala9Niu相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在于Ala9Ni1.1相中。 通過能譜發(fā)現(xiàn)，互擴(kuò)散層的成分為23A1-9. 7Co-45. 5Ν -3. 8Mo-5Cr-12ff-l. OHf,厚度約為 24. 5 μ m0
將實(shí)施例3制備的CoAlNiHf涂層在75%的硫酸鈉和25%的氯化鈉組成的腐蝕劑中進(jìn)行高溫腐蝕測試在溫度850°C的條件下，腐蝕200小時(shí)后，觀察試樣，其表面平整、無剝落，說明經(jīng)本發(fā)明包埋滲方法制備的CoAlNiHf涂層具有很好的抗熱腐蝕性能。
實(shí)施例4:
基體選用N1-15Co-9Cr-5. 3A1-3MO-1. 8Hf-4. 8Ti (牌號 K417)。
第一步基體的前處理
(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；
第一試樣的表面粗糙度為Ra=L 6 ；
(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；
第二步制包埋滲料
制IOOg包埋滲料由7g粒度為100目的Al粉、20g粒度為100目的Co粉、2g粒度為400目的HfO2粉、5g粒度為100目的NH4Cl粉、5g粒度為100目的NH4I粉和余量粒度為 100目的Al2O3粉組成；
在本發(fā)明中，加入的Al2O3粉在包埋滲過程中不參與反應(yīng)，只作為填料。該填料在不影響涂層形成的基礎(chǔ)上，可以有效地降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少了反應(yīng)物的浪費(fèi)。
在本發(fā)明中，加入NH4Cl粉與NH4I粉能夠與Al粉、Co粉和HfO2粉反應(yīng)，形成相應(yīng)的氣體化合物，只有該化合物才能產(chǎn)生出Al、Co和Hf的活性原子，滲入到Ni基高溫合金表面。
第三步采用包埋滲工藝制備CoAlNiHf涂層
(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料，蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；
(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為6°C /min，包埋滲溫度1050°C，包埋滲時(shí)間IOh ；
(C)開啟電阻爐，通入氬氣；所述氬氣的質(zhì)量百分比純度為99.0%，流量120ml/ min ;在気氣保護(hù)下制CoAlNiHf涂層；
(D)在包埋滲時(shí)間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打開爐門取出試樣，即制得第三試樣；
(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗20分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。
將實(shí)施例4制備的CoAlNiHf涂層經(jīng)SEM和XRD分析表明，CoAlNiHf涂層包括有 Ala9Nihl相及Al2O3相，所述Ala9Niu相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在于Altl 9Ni1.1相中。通過能譜發(fā)現(xiàn)，互擴(kuò)散層的成分為20A1-13CO-53. 5Ν -6. 5Mo_6. 2Cr_0. 8Hf，厚度約為17. 2 μ m。
將實(shí)施例4制備的 CoAlNiHf涂層在75%的硫酸鈉和25%的氯化鈉組成的腐蝕劑中進(jìn)行高溫腐蝕測試在溫度900°C的條件下，腐蝕150小時(shí)后，觀察試樣，其表面平整、無剝落，說明經(jīng)本發(fā)明包埋滲方法制備的CoAlNiHf涂層具有很好的抗熱腐蝕性能。
將采用本發(fā)明方法制得的CoAlNiHf涂層在高溫1050°C循環(huán)氧化時(shí)能夠形成連續(xù)、致密的Al2O3氧化物層，從而阻止涂層和基體的進(jìn)一步被氧化，改善了 Ni基高溫合金基體的抗高溫循環(huán)氧化性能。由于制得的CoAlNiHf涂層部分Ni原子被Co原子所替代，所以該涂層在高溫下(850°C 950°C)也具有很好的抗熱腐蝕性能。
權(quán)利要求
1.一種采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其特征在于包括有下列步驟第一步基體的前處理(A)用800#的SiC水磨砂紙將Ni基高溫合金進(jìn)行表面磨光處理，制得第一試樣；(B)將第一試樣放入無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗10 15min后，獲得第二試樣；第二步制包埋滲料制IOOg包埋滲料由6 IOg粒度為100目的Al粉、15 25g粒度為100目的Co粉、I 3g粒度為400目的HfO2粉、2 8g粒度為100目的NH4Cl粉、2 8g粒度為100目的 NH4I粉和余量粒度為100目的Al2O3粉組成；第三步采用包埋滲工藝制備Hf改性CoAlNi涂層(A)將第二步制得的包埋滲料放入坩堝底部，然后將第一步中處理后的第二試樣放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的包埋滲料，蓋上坩堝蓋子并密封后，形成熱處理樣品，并將熱處理樣品置入電阻爐內(nèi)；(B)設(shè)置電阻爐的升溫速率為3 rTC/min，包埋滲溫度1000°C 1100°C，包埋滲時(shí)間5 12h ;(C)開啟電阻爐，通入氬氣；所述氬氣的質(zhì)量百分比純度為99.0%，流量60ml/min 150ml/min ；(D)在包埋滲時(shí)間結(jié)束時(shí)，關(guān)電阻爐，隨電阻爐冷卻至100°C時(shí)，停止通入氬氣；打開爐門取出試樣，即制得第三試樣；(E)將第三試樣放入酒精中經(jīng)超聲波清洗10 20分鐘后，冷風(fēng)吹干，得到在Ni基高溫合金表面滲有的CoAlNiHf涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其特征在于制得的CoAlNiHf涂層包括有Ala9Niu相及Al2O3相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其特征在于制得的CoAlNiHf涂層厚度為10 μ m 30 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其特征在于制得的CoAlNiHf涂層在高溫1050°C循環(huán)氧化時(shí)能夠形成連續(xù)、致密的Al2O3氧化物層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其特征在于制得的CoAlNiHf涂層在75%的硫酸鈉和25%的氯化鈉組成的腐蝕劑中進(jìn)行高溫腐蝕測試在溫度850°C 950°C的條件下，腐蝕100 200小時(shí)后，觀察試樣，其表面平整、無剝落。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，其特征在于制備得到的是Hf改性CoAlNi涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用包埋滲工藝在Ni基高溫合金上制備Hf改性CoAlNi涂層的方法，所述CoAlNiHf涂層厚度為10μm～30μm，CoAlNiHf涂層包括有Al0.9Ni1.1相及Al2O3相，所述Al0.9Ni1.1相中部分Ni原子被Co原子所替代，而Al2O3相的存在是由于滲料中的Al2O3嵌入涂層中，Hf原子以占位固溶的形式存在于Al0.9Ni1.1相中。制得的CoAlNiHf涂層在1050℃高溫循環(huán)氧化時(shí)能夠形成連續(xù)、致密的Al2O3氧化物層，從而阻止涂層和基體的進(jìn)一步被氧化，改善了基體的抗高溫循環(huán)氧化性能。制得的CoAlNiHf涂層在高溫850℃～950℃下具有良好的抗熱腐蝕性能。
文檔編號C23C10/56GK103060748SQ20121054125
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者周春根, 李海霞, 喬敏 申請人:北京航空航天大學(xué)