本發(fā)明涉及一種鎳基合金表面抗氧化耐燒蝕涂層及其制備方法；屬于高溫抗氧化涂層技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度不斷提高，要求高溫合金必需具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，同時(shí)又要具備良好的抗高溫氧化及耐燒蝕性能。為了提高合金的高溫強(qiáng)度，一般在合金中添加Mo、W、V等固溶強(qiáng)化型合金元素，減少Cr、Al等能提高抗高溫腐蝕性能的合金元素，因此要同時(shí)兼顧優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和良好的抗熱腐蝕性能是比較困難的。在保證優(yōu)異力學(xué)性能的情況下，施加防護(hù)涂層是改善高溫合金抗高溫腐蝕性能的有效途徑。

目前能承受高溫以及高速富氧燃?xì)鉀_刷的涂層在相關(guān)文獻(xiàn)中還未見報(bào)道。

針對(duì)這種情況，本發(fā)明提供一種能在1000℃左右正常使用的鎳基合金抗氧化耐燒蝕涂層及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，所述涂層的基底金屬為合金，所述涂層材料為玻璃搪瓷涂層，所述玻璃搪瓷涂層以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：

搪瓷玻璃料 80-95％、優(yōu)選為85-95％、進(jìn)一步優(yōu)選為85-93％，

黏土 3-10％、優(yōu)選為4-8％、進(jìn)一步優(yōu)選為5-8％，

Cr₂O₃ 1-12％、優(yōu)選為2-10％、進(jìn)一步優(yōu)選為2-8％，

上述各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％；

所述搪瓷玻璃料以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：

上述玻璃料的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，所述的玻璃搪瓷涂層的厚度為5-100μm。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法，包括下述步驟：

步驟一

按質(zhì)量百分比，SiO₂ 30-65％，CaO 10-35％，Al₂O₃ 10-30％，BaO 5-20％，B₂O₃ 3-18％，MgO 1-12％，Co₂O₃ 1-5％；分別配取各組分粉料，再將粉料混合均勻，1300-1600℃高溫熔燒水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料；

步驟二

再按質(zhì)量比，搪瓷玻璃料80-95％，黏土3-10％，Cr₂O₃ 1-12％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃、然后將配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃混合球磨后制備獲得水性漿料；將該漿料涂覆在鎳基合金表面后低溫干燥固化，然后將樣品在1000-1300℃、優(yōu)選為1050-1200℃燒制30-60分鐘，制得高溫抗氧化搪瓷涂層。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法，所述搪瓷玻璃料的粒度為0.5-20微米。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法；所述黏土為化學(xué)純或者分析純。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法；所述Cr₂O₃為化學(xué)純或者分析純。

在實(shí)際操作過程中，作為基底用的鎳基合金材料通過下述預(yù)處理：

將根據(jù)實(shí)際需要選取的鎳基合金材料，加工成所需形狀后，先進(jìn)行噴砂處理，然后用超聲波清洗，清洗后放置于干燥箱內(nèi)80-160℃保溫12-24小時(shí)，烘干后得到干燥清潔的基底。

原理和優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明的玻璃搪瓷涂層以獨(dú)特的組成可以阻擋氧氣和鎳基合金基底的接觸，防止氧化，在800-1100℃的溫度下，該玻璃涂層具有部分自愈合功能，能愈合涂層中產(chǎn)生的微孔和微裂紋，從而有效阻止氧分子的侵蝕，具有良好的抗氧化性；同時(shí)玻璃搪瓷涂層本身具有優(yōu)異的耐燒蝕性能，通過將基體金屬與燒蝕氣體的物理隔離，對(duì)鎳基合金基體起到保護(hù)作用。

本發(fā)明通過嚴(yán)格控制涂層的組分以及制備工藝，使得本發(fā)明所制備的成品具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和抗熱震性能，可以經(jīng)受50次反復(fù)熱震，涂層無脫落。

本發(fā)明在制備玻璃搪瓷涂層時(shí)，采用的是涂覆作業(yè)方式，涂覆作業(yè)方式適合復(fù)雜大型構(gòu)件內(nèi)外表面涂層的制備，可在最大程度上保證工藝的穩(wěn)定性、涂層的均勻性和完整性。該涂層制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)大面積無形狀限制的工業(yè)化生產(chǎn)。制備過程中沒有有毒和/或刺激性氣體產(chǎn)生，有利于環(huán)境及施工人員的保護(hù)。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)和制備的涂層能承受1000℃、流速為1000m/s的高溫富氧燃?xì)獾臎_刷。

附圖說明

附圖1為實(shí)施例1所制備涂層樣品熱震前后宏觀形貌；

附圖2為實(shí)施例1和對(duì)比例所得涂層樣品的氧化動(dòng)力學(xué)曲線；

附圖3為實(shí)施例1所得涂層樣品中涂層與基體的界面放大圖；

圖1中，圖1(a)為熱震前涂層樣品的宏觀形貌，圖1(b)為熱震后50次后涂層樣品的宏觀形貌；從圖1中可以看出涂層經(jīng)50次熱震后無崩落掉瓷現(xiàn)象，具有較好的抗熱震性能。

從圖2中兩條曲線分別為無涂層的鎳基合金基體氧化動(dòng)力學(xué)曲線，和實(shí)施例1所得涂層樣品的鎳基合金基體氧化動(dòng)力學(xué)曲線；從圖中可以看出，玻璃搪瓷涂層對(duì)鎳基合金基體起到了有效的抗氧化保護(hù)效果。

從圖3中可以看出涂層與基體金屬結(jié)合緊密，無裂縫、空洞等缺陷。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

步驟一

按質(zhì)量百分比，SiO₂ 45％，CaO 20％，Al₂O₃ 15％，BaO10％，B₂O₃ 5％，MgO 3％，Co₂O₃ 2％；分別配取各組分粉料，再將粉料混合均勻，1600℃高溫熔燒水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料，搪瓷玻璃料的平均粒度為10μm微米；

步驟二

再按質(zhì)量比，搪瓷玻璃料90％，黏土4％，Cr₂O₃ 6％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃、然后將配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃混合球磨后制備獲得水性漿料；將該漿料涂覆在鎳基合金表面后低溫干燥固化，然后將樣品在1200℃、燒制30分鐘，制得高溫抗氧化搪瓷涂層(涂層厚度32.8微米，見圖3)。所得高溫抗氧化搪瓷涂層經(jīng)反復(fù)熱震50次熱震后無崩落掉瓷現(xiàn)象(見圖1)。所得高溫抗氧化搪瓷涂層在1000m/s的高壓富氧燃?xì)鉀_刷后，涂層無脫落；所述涂層氧化100h，其氧化動(dòng)力學(xué)曲線如圖2所示。