本發(fā)明選用含元素ni，co，cr，al，hf的合金作為基體，采用水蒸氣提高鎳基合金抗氧化性能的方法，屬于新的高溫合金預處理方式領域。

背景技術：

鎳基合金等高溫合金被廣泛地應用在航空發(fā)動機葉片、渦輪葉片等零部件上，其服役條件苛刻，易受到高溫氧化。對于大多數(shù)燃氣渦輪中的應用來說，保護發(fā)動機熱端部件的表面免于高溫氧化腐蝕，是當前面臨的巨大挑戰(zhàn)。熱端部件的高溫氧化腐蝕會大大縮短零件的使用壽命，引起嚴重的工作性能及安全上的問題。

目前，提高鎳基高溫合金表面抗高溫氧化常見的預處理工藝：在表面形成一層較為致密的氧化鋁層，阻隔氧向內(nèi)擴散，而隨著服役時間的加長，氧化鋁層逐漸增長變厚，內(nèi)應力導致氧化鋁層的脫落，人們開始向基體中添加稀土元素，在晶界上偏析生成氧化物，提高了黏結(jié)性能和抗氧化性能，但是，隨著使用溫度的提高，抗氧化性能和壽命仍有待提高。

專利201510641385.4（一種改善nb-si基多元合金高溫抗氧化性的方法）指出，雖然nb-si基多元合金具有優(yōu)異的力學性能，但其存在缺陷：在高溫條件下較差的抗氧化性能是制約該合金實際應用的一大瓶頸?，F(xiàn)階段采用的提高nb-si基多元合金的抗氧化性能的方法為添加合金化元素和使用抗氧化涂層。添加hf元素可提高合金的高溫抗氧化性，其作用機制跟形成氧化鋁晶界偏析物相同，對如何在氧化鋁內(nèi)部生成層狀hfo2沒有進行說明。

技術實現(xiàn)要素：

hf不僅可以提高氧化鋁的粘結(jié)力，同時還可以減小氧化鋁的生長速度。hf主要偏析在涂層表面或者晶界處，氧化過程中形成hfo2，會在al2o3晶界處偏析，這個過程會阻礙al和o元素沿晶界的擴散，從而有利于提高涂層的抗氧化性能。本發(fā)明采用水蒸氣預處理高溫合金的方法，在表面形成一層較薄的氧化鋁層的同時，會在氧化鋁層中橫向形成一層層狀的氧化鉿，極大降低了氧化層與金屬結(jié)合界面處的氧化速率，進一步提高了抗氧化性能，增加了合金的壽命。

本發(fā)明要解決的技術問題是：解決現(xiàn)在高溫合金的氧化速率快的問題。

本發(fā)明的目的是：提供一種提高鎳基合金抗氧化性能的方法，具體步驟如下：

（1）以含有ni、co、cr、al、hf的合金為基體，進行表面清潔處理，合金中各元素的質(zhì)量百分含量為：20%~50%ni，20％~50%co，15％~18％cr，9％~12％al，0.05％~1.5％hf；

（2）將步驟（1）處理后的合金基體，在水蒸氣環(huán)境中，進行恒溫氧化，在合金基體表面形成具有抗氧化性能的涂層。

步驟（2）所述水蒸氣環(huán)境中水蒸氣的體積比為10％~70％，其余為空氣。

步驟（2）所述恒溫氧化溫度為1000℃~1100℃。

步驟（2）所述恒溫氧化時間為10~70小時。

與現(xiàn)有技術方案相比，本發(fā)明的有益效果如下：

（1）含鉿鎳基合金氧化鋁層在合金表面形成共滲層，在表面形成一層較薄的氧化鋁層的同時，在氧化鋁層中形成一層層狀的氧化鉿，減少了鋁離子的向外擴散和氧離子的向內(nèi)擴散。

（2）本發(fā)明進一步降低了氧化層與金屬結(jié)合界面處的氧化速率，增加了合金的壽命；改善了高溫下鎳基高溫合金抗氧化性能差的技術難題，制備工藝穩(wěn)定可靠，涂層結(jié)合力好、組織均勻、致密，涂層厚度可控。

（3）采用水蒸氣預處理高溫合金氧化層的方法具有工藝簡單、操作方便、效率高、成本低廉、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1合金的x射線衍射能譜（eds）圖；

圖2為本發(fā)明實施例2合金截面掃描電子顯微技術（sem）圖；

圖3為本發(fā)明實施例2合金的層狀氧化鉿斷面示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例3合金層狀氧化鉿掃描電子顯微技術（sem）圖；

圖5為本發(fā)明實施例4和對比例合金隨時間氧化增重圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

實施例1

本實施例一種提高鎳基合金抗氧化性能的方法，具體步驟如下：

（1）以含有ni、co、cr、al、hf的合金為基體，進行常規(guī)表面清潔處理，合金中各元素的質(zhì)量百分含量為：20%ni，49.5%co，18％cr，12％al，0.5％hf；

（2）將步驟（1）處理后的合金基體，在水蒸氣環(huán)境中，水蒸氣環(huán)境中水蒸氣所占的體積比例為25%，余下為空氣，在1050℃溫度下恒溫氧化40小時，在合金基體表面形成抗氧化層。

如圖1所示為本實施例生成的具有抗氧化層鎳基合金的x射線衍射能譜（eds）圖，從圖中可以看出，o、hf、al元素的峰值分別對應在箭頭線的位置上，其中hf元素的峰值對應于箭頭線上顆粒狀位置，說明顆粒狀物質(zhì)是hf元素。

實施例2

本實施例一種提高鎳基合金抗氧化性能的方法，具體步驟如下：

（1）以含有ni、co、cr、al、hf的合金為基體，進行常規(guī)表面清潔處理，合金中各元素的質(zhì)量百分含量為：50%ni，20%co，17％cr，11.5％al，1.5％hf；

（2）將步驟（1）處理后的合金基體，在水蒸氣環(huán)境中，水蒸氣環(huán)境中水蒸氣所占的體積比例為40%，余下為空氣，在1100℃溫度下恒溫氧化10小時，在合金基體表面形成抗氧化層。

圖2為本實施例生成的具有抗氧化層鎳基合金的截面掃描電子顯微技術（sem）圖，從圖中可以看出，形成了顆粒狀的層狀氧化鉿；圖3為本實施例生成的具有抗氧化層鎳基合金的層狀氧化鉿斷面示意圖，在氧化鋁層中形成了層狀氧化鉿。

實施例3

本實施例一種提高鎳基合金抗氧化性能的方法，具體步驟如下：

（1）以含有ni、co、cr、al、hf的合金為基體，進行表面清潔處理，合金中各元素的質(zhì)量百分含量為：40%ni，35%co，15％cr，9％al，1％hf；

（2）將步驟（1）處理后的合金基體，在水蒸氣環(huán)境中，水蒸氣環(huán)境中水蒸氣所占的體積比例為10%，余下為空氣，在1000℃溫度下恒溫氧化70小時，在合金基體表面形成抗氧化層。

圖4為本實施例生成的具有抗氧化層鎳基合金的層狀氧化鉿掃描電子顯微技術（sem）圖，從圖中可以看出，在氧化鋁層中形成了層狀氧化鉿。

實施例4

本實施例一種提高鎳基合金抗氧化性能的方法，具體步驟如下：

（1）以含有ni、co、cr、al、hf的合金為基體，進行表面清潔處理，合金中各元素的質(zhì)量百分含量為：23%ni，50%co，16％cr，10.2％al，0.8％hf；

（2）將步驟（1）處理后的合金基體，在水蒸氣環(huán)境中，水蒸氣環(huán)境中水蒸氣所占的體積比例為70%，余下為空氣，在1080℃溫度下恒溫氧化60小時，在合金基體表面形成抗氧化層，抗氧化層中形成了層狀氧化哈。

對比例

本實施例一種提高鎳基合金抗氧化性能的方法，具體步驟如下：

（1）以含有ni、co、cr、al、hf的合金為基體，進行表面清潔處理，合金中各元素的質(zhì)量百分含量為：23.8%ni，50%co，16％cr，10.2％al；

（2）將步驟（1）處理后的合金基體，在水蒸氣環(huán)境中，水蒸氣環(huán)境中水蒸氣所占的體積比例為70%，余下為空氣，在1080℃溫度下恒溫氧化60小時，在合金基體表面形成抗氧化層，抗氧化層中未形成層狀氧化哈。

圖5為本實施例4和對比例分別生成的具有抗氧化層鎳基合金的隨時間氧化增重圖，從圖中可以看出，隨時間的增加，形成層狀氧化鉿的樣品比未形成層狀氧化鉿的樣品氧化增重少，說明形成層狀氧化鉿的樣品抗高溫氧化性能好。