一種電火花沉積與微弧氧化工藝結(jié)合制備熱障涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種制備熱障涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱障涂層廣泛應(yīng)用于高溫環(huán)境下工作工件的熱防護(hù)，起到隔熱、抗氧化和抗高溫 氣流熱沖蝕的作用。從材料的角度，熱障涂層可以分為金屬和陶瓷兩大類(lèi)：其中金屬熱障涂 層包括，MCrAlY (M為Ni、Fe、Co等金屬）、NiAl、NiWB等；陶瓷熱障涂層材料包括，Zr02 (氧 化釔穩(wěn)定）、A1203、稀土鋯酸鹽和多元稀土氧化物等，其中以氧化鋯最為常用。金屬熱障涂 層主要適用于溫度1200°C以下的工作環(huán)境。目前熱障涂層的制備方法主要為電子束物理 氣相沉積、熱噴涂（等離子體噴涂、火焰噴涂等）、離子鍍（多弧離子鍍和磁控濺射離子鍍） 和激光熔覆等。這些熱障涂層制備技術(shù)都需要價(jià)格昂貴的設(shè)備，大大提高了涂層的成本，使 得表面需要熱障涂層防護(hù)的工件的成本也相應(yīng)大幅增加。
[0003] 電火花沉積是一種廣泛應(yīng)用的模具表面修復(fù)技術(shù)。它是利用正極性的電極和負(fù)極 性的模具待修復(fù)表面接觸時(shí)，瞬間產(chǎn)生的火花電弧熔化電極材料，電極熔滴轉(zhuǎn)移到模具表 面損傷區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)損傷表面修復(fù)的一種技術(shù)。電火花沉積設(shè)備的特點(diǎn)是價(jià)格低、手工操 作，靈活性強(qiáng)、無(wú)環(huán)境污染，但電火花沉積存在無(wú)法制備陶瓷性質(zhì)熱障涂層的技術(shù)局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有在工件上制備熱障涂層的方法需要價(jià)格昂貴的設(shè)備， 提高了工件的成本的問(wèn)題，提供一種電火花沉積與微弧氧化工藝結(jié)合制備熱障涂層的方 法。
[0005] 一種電火花沉積與微弧氧化工藝結(jié)合制備熱障涂層的方法具體是按以下步驟完 成的：
[0006] 一、沉積金屬熱障涂層：以金屬熱障涂層為陽(yáng)極，以工件為陰極，使用電火花沉積 設(shè)備將金屬熱障涂層沉積到工件表面，得到表面沉積金屬熱障涂層的工件；
[0007] 步驟一中所述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓50V~200V，放電電容為 40 y F~1200 y F，保護(hù)氣為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為50sccm~lOOOsccm，沉積速率 為 5min/cm2~300min/cm2;
[0008] 步驟一中所述的金屬熱障涂層為NiCrAlY合金、NiAl合金或NiWB合金；
[0009] 二、沉積金屬層：以純金屬為陽(yáng)極，以表面沉積金屬熱障涂層的工件為陰極，使用 電火花沉積儀將純金屬沉積到金屬熱障涂層上，得到表面沉積有金屬熱障涂層和金屬層的 工件；
[0010] 步驟二中所述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓50V~150V，放電電容為 40 y F~800 y F，保護(hù)氣為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為50sccm~lOOOsccm，沉積速率為 5min/cm2~300min/cm 2;
[0011] 步驟二中所述的純金屬為Zr或A1 ;
[0012] 三、金屬層微弧氧化轉(zhuǎn)為氧化物熱障層：
[0013] 將表面沉積有金屬熱障涂層和金屬層的工件置于電解液中，表面沉積有金屬熱 障涂層和金屬層的工件與電源的正極相連接，作為陽(yáng)極，不銹鋼的電解槽與電源的負(fù)極相 連接，作為陰極；采用脈沖微弧氧化電源供電，在電流密度為5A/dm 2~30A/dm2、電源頻率 為lKHz~30KHz、占空比為10%~50%，電解液的溫度為30°C~40°C和電解液的pH值為 10~14的條件下微弧氧化反應(yīng)5min~180min，得到表面形成有熱障涂層的工件；
[0014] 步驟三中所述的電解液為Na2Si〇jP KOH的混合溶液；所述的電解液中Na #103的 濃度為l〇g/L~15g/L，KOH的濃度為lg/L~2g/L。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 本發(fā)明不但具有傳統(tǒng)電火花沉積技術(shù)成本低、靈活性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還解決了電 火花沉積無(wú)法制備陶瓷性質(zhì)熱障涂層的技術(shù)局限，可以在任意金屬基體上沉積復(fù)合熱障涂 層；除此以外，相對(duì)于氣相沉積、熱噴涂和離子鍍等傳統(tǒng)熱障涂層涂覆技術(shù)，電火花涂覆熱 障涂層還具有操作靈活的優(yōu)勢(shì)，不受工件尺寸和形狀的限制：既可以處理大尺寸工件，又可 以對(duì)局部位置進(jìn)行涂覆，還適合于在細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)壁、深盲孔、復(fù)雜曲面、受遮擋部位等傳統(tǒng)熱 障涂層制備方法無(wú)法處理的部位涂覆熱障涂層。
[0017] 本發(fā)明可獲得一種電火花沉積與微弧氧化工藝結(jié)合制備熱障涂層的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為試驗(yàn)一步驟三得到的表面形成有熱障涂層的工件的SEM圖；圖1中A區(qū)域 為GH4169合金，B區(qū)域?yàn)镹iCrAlY合金層，C區(qū)域?yàn)?1〇 2層；
[0019] 圖2為圖1中C區(qū)域Zr02層的XRD譜圖，圖2中1為t-Zr0 2,2為m-Zr02。
【具體實(shí)施方式】
[0020]
【具體實(shí)施方式】一：本實(shí)施方式是一種電火花沉積與微弧氧化工藝結(jié)合制備熱障涂 層的方法具體是按以下步驟完成的：
[0021] 一、沉積金屬熱障涂層：以金屬熱障涂層為陽(yáng)極，以工件為陰極，使用電火花沉積 設(shè)備將金屬熱障涂層沉積到工件表面，得到表面沉積金屬熱障涂層的工件；
[0022] 步驟一中所述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓50V~200V，放電電容為 40 y F~1200 y F，保護(hù)氣為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為50sccm~lOOOsccm，沉積速率 為 5min/cm2~300min/cm2;
[0023] 步驟一中所述的金屬熱障涂層為NiCrAlY合金、NiAl合金或NiWB合金；
[0024] 二、沉積金屬層：以純金屬為陽(yáng)極，以表面沉積金屬熱障涂層的工件為陰極，使用 電火花沉積儀將純金屬沉積到金屬熱障涂層上，得到表面沉積有金屬熱障涂層和金屬層的 工件；
[0025] 步驟二中所述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓50V~150V，放電電容為 40 y F~800 y F，保護(hù)氣為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為50sccm~lOOOsccm，沉積速率為 5min/cm2~300min/cm 2;
[0026] 步驟二中所述的純金屬為Zr或A1;
[0027] 三、金屬層微弧氧化轉(zhuǎn)為氧化物熱障層：
[0028] 將表面沉積有金屬熱障涂層和金屬層的工件置于電解液中，表面沉積有金屬熱 障涂層和金屬層的工件與電源的正極相連接，作為陽(yáng)極，不銹鋼的電解槽與電源的負(fù)極相 連接，作為陰極；采用脈沖微弧氧化電源供電，在電流密度為5A/dm 2~30A/dm2、電源頻率 為lKHz~30KHz、占空比為10%~50%，電解液的溫度為30°C~40°C和電解液的pH值為 10~14的條件下微弧氧化反應(yīng)5min~180min，得到表面形成有熱障涂層的工件；
[0029] 步驟三中所述的電解液為Na2Si〇jP KOH的混合溶液；所述的電解液中Na如03的 濃度為l〇g/L~15g/L，KOH的濃度為lg/L~2g/L。
[0030] 本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 本實(shí)施方式不但具有傳統(tǒng)電火花沉積技術(shù)成本低、靈活性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還解決 了電火花沉積無(wú)法制備陶瓷性質(zhì)熱障涂層的技術(shù)局限，可以在任意金屬基體上沉積復(fù)合熱 障涂層；除此以外，相對(duì)于氣相沉積、熱噴涂和離子鍍等傳統(tǒng)熱障涂層涂覆技術(shù)，電火花涂 覆熱障涂層還具有操作靈活的優(yōu)勢(shì)，不受工件尺寸和形狀的限制：既可以處理大尺寸工件， 又可以對(duì)局部位置進(jìn)行涂覆，還適合于在細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)壁、深盲孔、復(fù)雜曲面、受遮擋部位等傳 統(tǒng)熱障涂層制備方法無(wú)法處理的部位涂覆熱障涂層。
[0032] 本實(shí)施方式可獲得一種電火花沉積與微弧氧化工藝結(jié)合制備熱障涂層的方法。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 二：本實(shí)施方式與一不同點(diǎn)是：步驟一中所述的使用 電火花沉積設(shè)備將金屬熱障涂層沉積到工件表面的厚度為20 y m~1500 y m。其他步驟與 一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0034] 三：本實(shí)施方式與一或二之一不同點(diǎn)是：所述的純金 屬沉積到金屬熱障涂層上厚度為50 y m~800 y m。其他步驟與一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0035] 四：本實(shí)施方式與一至三之一不同點(diǎn)是：步驟一中所 述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓50V~100V，放電電容為40yF~500 yF，保護(hù)氣 為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為50sccm~500sccm，沉積速率為5min/cm2~100min/cm 2。 其他步驟與一至三相同。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 五：本實(shí)施方式與一至四之一不同點(diǎn)是：步驟一中所 述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓100V~200V，放電電容為500 yF~1200 yF，保 護(hù)氣為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為500sccm~lOOOsccm，沉積速率為100min/cm2~ 300min/cm 2。其他步驟與一至四相同。
【具體實(shí)施方式】 [0037] 六：本實(shí)施方式與一至五之一不同點(diǎn)是：步驟二中所 述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓50V~100V，放電電容為40yF~200 yF，保護(hù)氣 為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為50sccm~500sccm，沉積速率為5min/cm2~100min/cm 2。 其他步驟與一至五相同。
【具體實(shí)施方式】 [0038] 七：本實(shí)施方式與一至六之一不同點(diǎn)是：步驟二中所 述的電火花沉積工藝參數(shù)為：放電電壓100V~150V，放電電容為200 yF~800 yF，保護(hù)氣 為氬氣，保護(hù)氣氬氣的氣體流量為500sccm~lOOOsccm，沉積速率為100min/cm2~300min/ cm 2。其他步驟與一至六相同。
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【具體實(shí)施方式】八：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同點(diǎn)是：步驟三中采 用脈沖微弧氧化電源供電，在電流密度為5A/dm 2~10A/dm2、電源頻率為lKHz~lOKHz、占 空比為10%~30%，電解液的溫度為30°C~35°C和電解液的pH值為10~12的條件下微 弧氧化反應(yīng)5min~20min，得到表面形成有熱障涂層的工件。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一 至七相同。
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