一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面滲層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉬基材料(如工業(yè)純鉬或鉬合金)具有熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度高、密度適中等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用潛力巨大的高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、核能及化工等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而鉬在400°C以上的氧化環(huán)境中極易與氧發(fā)生反應(yīng)，從而使其力學(xué)性能明顯下降，嚴(yán)重限制了其作為高溫結(jié)構(gòu)材料在高溫有氧環(huán)境中的使用，因此，鉬基材料的高溫抗氧化防護(hù)是實(shí)現(xiàn)其在高溫下成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]表面抗氧化滲層技術(shù)被認(rèn)為是解決鉬基材料高溫抗氧化防護(hù)的有效手段，研宄表明，單一的滲層體系難以長時(shí)間有效保護(hù)鉬基材料免受氧化，多層滲層成為研宄熱點(diǎn)和重點(diǎn)。鉬基材料表面滲層材料的開發(fā)以二硅化鉬(MoSi2)為基礎(chǔ)，MoSi2具有高熔點(diǎn)，良好的高溫抗氧化性能和抗熱沖擊性能的特點(diǎn)，是一種應(yīng)用范圍廣泛的高溫材料。在航空航天等領(lǐng)域，MoSi2被用做C/C復(fù)合材料、難熔金屬等材料在1000°C以上高溫環(huán)境中使用的抗氧化滲層。然而，雖然MoSi2在高溫下抗氧化性能優(yōu)異，但其在小于1000°C的氧化環(huán)境中使用時(shí)表面難以形成保護(hù)性的S1^，尤其在800°C以下時(shí)還會(huì)發(fā)生“pest”氧化(氧化后粉化)，不能滿足抗氧化要求。
[0004]因此，研宄者們通過設(shè)計(jì)包括MoSiJl的多層滲層或者在MoSi 2中添加其它元素或化合物對(duì)滲層進(jìn)行改性，以增強(qiáng)其綜合抗氧化性能。Xu等人[Acta MetallurgicaSinica, 2002, 15:167-171 ；Surface and Coatings Technology, 2012，206:3393-3398]研宄了 Al改性MoSi2滲層，該滲層以Mo (Si，Al) 2相為主，氧化時(shí)表面形成由S1 JPAl2O3組成的氧化膜，較單一的MoSV*層表現(xiàn)出更好的抗氧化性能，也未發(fā)生“pest”氧化，但是該滲層中成膜元素與基體間互擴(kuò)散明顯，滲層退化速度較快。Zhang等人[Internat1nalJournal of Refractory Metals and Hard Materials, 2013,41:128-132]研宄了MoSi2-CrSi2-Si3N4復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層的抗氧化性能較單一的MoSi 2層有所增強(qiáng)，但其制備需三次加工，逐步鍍覆才可完成，工藝復(fù)雜?？傊?，目前多關(guān)注單一元素改性MoSi2滲層制備方法的研宄，未能充分發(fā)揮多元素改性的優(yōu)勢，為數(shù)不多的多元素改性MoSVa層制備方法的研宄，存在制備工藝復(fù)雜，抗氧化性能未達(dá)到要求的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，該方法對(duì)鉬或鉬合金基體形狀的適應(yīng)性強(qiáng)，制備得到的抗氧化滲層厚度均勻，抗氧化壽命長。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一、對(duì)鉬或鉬合金表面進(jìn)行打磨處理以去除表面氧化皮，超聲波清洗后烘干;
[0008]步驟二、制備包埋用滲劑，所述滲劑由以下質(zhì)量百分比的原料球磨混合制成:硅粉4 0Z0?20%，鋁粉1%?12%，硼粉0.5%?10%，催化劑1%?10%，余量為氧化鋁粉體；所述催化劑為鹵化物粉體；
[0009]步驟三、將步驟一中烘干后的鉬或鉬合金包埋于裝有步驟二中所述滲劑的坩禍中，然后將所述坩禍密封后置于高溫爐中，在溫度為1000°c?1500°C，氬氣氣氛保護(hù)的條件下保溫處理Ih?20h，隨爐冷卻至室溫后在鉬或鉬合金表面得到抗氧化滲層。
[0010]上述的一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述硅粉、鋁粉、硼粉、催化劑和氧化鋁粉體的粒度均不小于100目。
[0011]上述的一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述硅粉、鋁粉、硼粉、催化劑和氧化鋁粉體的質(zhì)量純度均不小于98%。
[0012]上述的一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述鹵化物粉體為氟化鈉粉體、氟化銨粉體或氯化銨粉體。
[0013]上述的一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述球磨混合的時(shí)間為Ih?6h。
[0014]上述的一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述滲劑由以下質(zhì)量百分比的原料球磨混合制成:硅粉10%?18%，鋁粉3%?8%，硼粉2 %?5 %，催化劑3 %?7 %，余量為氧化鋁粉體。
[0015]上述的一種鉬或鉬合金表面抗氧化滲層的制備方法，其特征在于，步驟三中所述保溫處理的溫度為1100°C?1300°C，時(shí)間為6h?10h。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明將鉬或鉬合金基體包埋于由硅粉、鋁粉、硼粉、催化劑和氧化鋁粉體按一定比例組成的滲劑中，在高溫爐中經(jīng)過保溫處理，使得S1、A1和B元素?cái)U(kuò)散滲入鉬或鉬合金中，在鉬或鉬合金表面形成具有多層結(jié)構(gòu)的抗氧化滲層，該抗氧化滲層對(duì)鉬或鉬合金基體形狀的適應(yīng)性強(qiáng)且滲層厚度均勻，滲層退化速度慢，且本發(fā)明的制備方法具有操作簡單，滲層沉積速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0018]2、本發(fā)明在鉬或鉬合金表面制備的抗氧化滲層為多層結(jié)構(gòu)，該抗氧化滲層結(jié)合了Al元素和B元素改性MoSi2抗氧化體系的優(yōu)點(diǎn)，外層中Al固溶在MoSi 2中，形成Mo (Si, Al) 2，使外層在中低溫氧化時(shí)表面可形成Al2O3,改善其低溫抗氧化性能，并抑制“pest”氧化的發(fā)生，同時(shí)，抗氧化滲層中的B氧化時(shí)生成的B2O3增強(qiáng)了高溫氧化時(shí)抗氧化滲層中生成的S12的流動(dòng)性，使得抗氧化滲層在中低溫條件下抗氧化性能明顯優(yōu)于單一的MoSiJl，另外，在基體表面形成的成分為Mo-B化合物(MoB和Mo2B)的內(nèi)層具有抑制外層中Mo (Si，Al) 2與基體之間發(fā)生互擴(kuò)散的作用，從而有利于延長滲層的抗氧化壽命。
[0019]3、本發(fā)明在鉬或鉬合金基體表面制備抗氧化滲層的工藝過程簡單，該方法通過一次熱擴(kuò)散滲處理，即可在基體材料表面形成抗氧化滲層，操作方便且組織均勻可控。
[0020]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的抗氧化滲層截面的背散射電子像。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的抗氧化滲層中元素分布的線掃描圖像。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的抗氧化滲層的XRD分析譜圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的抗氧化滲層表面的二次電子像。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0027]步驟一、對(duì)鉬表面進(jìn)行打磨處理以去除表面氧化皮，超聲波清洗30min后烘干；所述鉬為純鉬基體(質(zhì)量純度大于99% );
[0028]步驟二、制備包埋用滲劑，所述滲劑由以下質(zhì)量百分比的原料球磨混合制成:硅粉12 %，鋁粉6 %，硼粉3 %，催化劑6 %，余量為氧化鋁粉體；所述催化劑為氟化銨粉體，所述球磨混合的時(shí)間為3h ;所述硅粉、鋁粉、硼粉、催化劑和氧化鋁粉體的粒度均不小于100目，所述硅粉、鋁粉、硼粉、催化劑和氧化鋁粉體的質(zhì)量純度均不小于98% ;