專利名稱：具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型Re基擴散障礙層的材料及其制備方法，即通過電鍍的方法 在基體高溫超合金上形成Re-Cr-Ni合金，使其作為高溫穩(wěn)定性好的新型Re-Cr-Ni擴散障 礙層材料的粘結(jié)層材料，應用于高溫超合金渦輪葉片領域。
背景技術：
隨著全球氣候變暖和能源日益短缺問題的不斷加深，導致人們對降低溫室氣體排 放、循環(huán)利用溫室氣體以及提高傳統(tǒng)電力產(chǎn)業(yè)效率的普遍關注。目前全球每年排放250多 億噸CO2,空氣中的CO2濃度從280ppm增至380ppm，目前以3ppm/年的速度增長。我國經(jīng)濟 處于高速發(fā)展階段，發(fā)電仍然主要是燃煤發(fā)電。對于火力發(fā)電站來說，燃燒能量約70 %消 耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機等設備上，即火力發(fā)電用的燃氣渦輪機葉片等關鍵部件的服役環(huán)境 十分苛刻。而提高火力發(fā)電熱效率的方法，一是開發(fā)新型高溫耐熱合金，二是發(fā)展高溫熱障 涂層(TBCs)材料技術來提高渦輪葉片的工作溫度[1’2]。對于開發(fā)新型高溫耐熱合金材料基 體，受合金熔點的限制，進一步提高其工作溫度的潛力已十分有限。TBCs具有優(yōu)異的抗氧化 防護與降低金屬表面溫度的雙重功效，能夠阻止外部環(huán)境的熱量向基體金屬傳遞，使渦輪 葉片工作溫度提高到170(TC，將其涂覆于航空發(fā)動機及工業(yè)燃氣輪機渦輪葉片表面時，能 夠?qū)崿F(xiàn)提高效率和降低能耗的目標[1]。因此，使用TBCs延長渦輪葉片的使用壽命是改善 環(huán)境的重要手段之一。典型的TBCs —般為雙層結(jié)構面層為隔熱的陶瓷層(常用Y2O3)，中間層 為抗氧化粘結(jié)層。其中隔熱陶瓷層用以降低合金表面的使用溫度；粘結(jié)層用以生成抗氧化 保護膜，并減緩面層與基體間的熱不匹配性[3’4]。目前，基體材料的發(fā)展趨勢主要是開發(fā)Ni 基單晶超合金[5]。粘結(jié)層的開發(fā)主要集中在NiAl和MCrAlY與基體之間的擴散障礙層[6_8]。 理想的擴散障礙層可以阻擋合金元素在粘結(jié)層與基體之間的互擴散。通過在M單晶超合 金基體上施以包含擴散障礙粘結(jié)層、抗氧化層以及陶瓷層，來提高基體合金的使用溫度。理想的擴散障礙層應該具有阻擋粘結(jié)氧化及基體/粘結(jié)層金屬元素互擴散的性 能，但是如果阻擋層完全阻擋了元素的擴散，則會影響界面處保護膜的形成和粘結(jié)層與基 體的結(jié)合性能。同時，擴散障礙層的制備方法相對復雜，擴散障礙層的加入增加了界面數(shù) 量，從而增加了制備技術的難度，這些因素制約了擴散障礙層的實際應用[9]。TBCs在較高 的溫度下服役時，粘結(jié)層的氧化和粘結(jié)層/基體界面金屬元素的互擴散速率大大增加，導 致TBCs過早失效_。因此，如何在粘結(jié)層/基體界面之間增加一層擴散障礙層來阻礙合金 元素互擴散是提高整個TBCs壽命的關鍵因素之一。另外，如何控制粘結(jié)層與基體界面之間 的有害相是TBCs領域需要深入研究和解決的問題之一。傳統(tǒng)的粘結(jié)層材料通常采用MAl 和MCrAlY合金。NiAl合金粘結(jié)層首先通過電鍍或濺射的方式將Pt沉積到鎳基超合金基體 表面，然后在富Al氣氛中退火，通過擴散反應，形成PtNiAl合金。另外，加入少量的Hf、Y 和ττ到NiAl合金中來進一步提高涂層的抗高溫氧化性。MCrAlY合金粘結(jié)層多采用等離子噴涂設備。在高溫環(huán)境下MCrAlY涂層在粘結(jié)層與陶瓷層之間形成的一層保護性氧化物膜 (Al2O3或Cr2O3)用于防止外界有害氣體向金屬基體內(nèi)部擴散，從而延長涂層壽命。由于粘 結(jié)層與基體合金之間的成分和濃度差異較大，TBCs在較高的溫度下服役時，粘結(jié)層通常與 基體發(fā)生嚴重的界面互擴散現(xiàn)象[9]。這種界面元素互擴散主要由Cr、Ni從基體向粘結(jié)層的 外擴散以及Al元素從粘結(jié)層向基體的內(nèi)擴散構成，且伴隨大量擴散孔洞和有害相的形成， 從而導致基體力學性能的降低。尤其是互擴散使粘結(jié)層中的Al元素大量喪失，這必將導致 陶瓷層/粘結(jié)層界面熱生長氧化物中α -Al2O3純度的降低，從而促進富Ni氧化物的形成， 并使熱生長氧化物的穩(wěn)定性和防護性降低[9]。此外，在基體合金和粘結(jié)層中由于互擴散而 析出的有害相也會引起涂層在載荷下過早的失效。經(jīng)過熱處理的TBCs，在粘結(jié)層/基體界 面析出Y ‘相(Ni3Al), γ ‘相屬于金屬間化合物，是一種脆性相，因此粘結(jié)層/基體界面 形成厚的Y ‘相對于粘結(jié)層與基體之間的結(jié)合強度是不利的；同時，Y ‘相的生成要消耗 粘結(jié)層和基體中的Al元素，這將降低粘結(jié)層的高溫抗氧化性能。由此可知，通過擴散障礙 層來降低合金元素的互擴散和界面有害相的形成是提高整個TBCs使用壽命的有效手段。Re基合金具有高熔點(2362°C )、低擴散率和高的相穩(wěn)定性；Re的添加可以提高 Ni基高溫合金的抗高溫氧化性。本發(fā)明著重研究新型Re基擴散障礙層材料的成分配比和 制備工藝，即通過電鍍的方法在基體高溫超合金上形成Re-Cr-Ni，開發(fā)新型高溫穩(wěn)定性好 的Re-Cr-Ni擴散障礙層的粘結(jié)層材料及其制備技術，并應用于鎳基單晶高溫超合金渦輪 葉片領域。參考文獻1. I. Gurrappa, A. Sambasiva Rao. Thermal barrier coatings for enhanced efficiency of gas turbine engines, Surf. Coat. Technol,2006,201(6) :3016.2. G.E.Fuchs, Solution heat treatment response of a third generation single crystal Ni-base superalloy. Mater. Sci. Eng. A 2001,300:52.3. J. Toscano, A. Gil, T. Hiittel, E. Wessel, D. Naumenko, L. Singheiser, W. J. Quadakkers. Temperature dependence of phase relationships in different types of MCrAlY-coatings, Surf. Coat. Technol，2007，202 :603.4. T. Patterson, A. Leon, B. Jayaraj, J. Liu, Y. H. Sohn. Thermal cyclic lifetime and oxidation behavior of air plasma sprayed CoNiCrAlY bond coats for thermal barrier coatings, Surf.Coat. Technol,2008, 203 :437.5. Μ. V. Acharya and G. E. Fuchs, The effect of long-term thermal exposures on the microstructure and properties of CMSX-IO single crystal Ni-base superalloys. Mater. Sci. Eng. A 2004,381 :143.6. Y. H. Zhang, D. M. Knowles and P. J. Withers, Microstructuraldevelopment in Pt-aluminide coating on CMSX-4 superalloy during TMF. Surf. Coat. Technol. 1998, 107 :76.7. L. Huang, X. F. Sun, H. R. Guan, Z. Q. Hu, Improvement of the oxidation resistance of NiCrAlY coatings by the addition of rhenium. Surf. Coat. Technol. 2006，201 :1421.8. P. Kuppusami and H. Murakami, A comparative study of cyclic oxidizedIr aluminide and aluminized nickel base single crystal superalloy.Surf. Coat. Technol. 2004，186 3739.張曉囡，張華芳，李慶芬，鄭玉峰.熱障涂層界面擴散阻擋層研究進展，材料導 報，2008，22 14.10. A. Rabiei,A. G. Evans. Failure mechanisms associated with the thermally grown oxide in plasma-sprayed thermal barrier coatings. Acta Mater. 2000,48(15) 3963.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是為了解決由于粘結(jié)層與基體界面之間合金元素互擴散而降 低整個熱障涂層(TBCs)壽命問題而提供一種Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料。本發(fā)明的目的之二是提供一種Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料的制備方法。本發(fā)明的技術方案一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料，基料為Ni、Al、Ti、Fe或Nb基 合金，擴散障礙層Re-Ni-Cr中各元素的質(zhì)量百分比組成如下Re20 ‘ 65%
Cr30 ‘ 50%
Ni5 ‘30% ；其中所述的Re-Cr-Ni合金擴散障礙層的厚度為2 15 μ m。一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料的制備方法，包括如下制備步 驟(一)、試料準備(1)、將試料按2_5mm厚度切斷成塊料；(2)、塊料上端打出孔，用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨塊料的表面，角部位要緩慢研磨；(4)、計算試料的全部面積和重量；其中所述的試料為Ni基單晶超合金；(二)、電解液的制備(1)、閃鍍鎳水溶液的制備燒杯中加入純凈水，磁力攪拌下加入氯化鎳和濃度為36. 5%的鹽酸，室溫磁攪拌 1 2小時后，即得閃鍍鎳水溶液；其中氯化鎳、濃度為36. 5%的鹽酸的加入量按其與純凈水的摩爾體積比計算。即 氯化鎳濃度為36. 5%的鹽酸純凈水為0. 8 1. 2mol 105 130ml 950 1050ml ；(2)、Re-Ni水溶液的制備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，將一定量的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20慢慢加 入；
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④、IOOcc的燒杯中，將一定量的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且Re粉要慢慢加入；其中加入的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸、CrCl3 · 6H20和Re粉的量按其與純凈 水摩爾體積比計算，即NiSO4 · 6H20 檸檬酸絲氨酸CrCl3 · 6H20 Re粉純凈水為 0.1 0.3mol 0.1 0.6mol 0. 8 ~ 1. 3mol 0.2 0.5mol 0. 1 ~ 0. 2mol 480 520ml ；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20 溶液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc ；⑧、用pH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，調(diào)整pH值為2. 8 3. 2 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存超過24小時待用，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的制備磁力攪拌過程中，將一定量的NiSO4 · 6H20,Na2WO4 · 2H20和檸檬酸慢慢加入其中并 繼續(xù)磁力攪拌，1 2小時后，并用氨水調(diào)整pH值為5. 8 6. 2，即得Ni-W水溶液；其中加入的Ni SO4 · 6H20、Na2WO4 · 2H20和檸檬酸的量按其與純凈水摩爾體積 比計算，即 NiSO4 · 6H20 Na2WO4 · 2H20 檸檬酸純凈水為 0. 06 0. 09mol 0. 1 0. 3mol 0.4 ~ 0. 6mol 950 1050ml ；(4)、Ni-Watt，s 鍍液的制備燒杯中加入純凈水，50°C下磁力攪拌過程中，將NiSO4 · 6H20、NiCl2 · 6H20和H3BO3 加入其中并繼續(xù)磁力攪拌，1 2小時后，即得Ni-Watt’ s鍍液；其中加入的NiSO4 KH2CKNiCl2 ·6Η20和H3BO3的量按其與純凈水摩爾體積比計算， 即 NiSO4WH2O NiCl2 ·6Η20 H3BO3 純凈水為 1. 1 1. 4mol 0. 1 0. 3mol 0. 5 0. 8mol 950 1050ml ；(三)、電鍍(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參 數(shù)控制情況，見下表；
經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金；(四)、Cr擴散將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與高純Cr、 Al2O3粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝，經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即 得具有由Re-Cr-Ni合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料；其中高純Cr、Al2O3粉末粒徑為100-500 μ m ；其中高純Cr、Al203粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計
笪弁。一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料主要用于高溫超合金渦輪葉片 的熱障涂層。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的電鍍法引入了 Re-Ni-Cr合金的制備過程中，通過電鍍液各種成分的配 比及電鍍條件的控制，在M基單晶超合金上基本可以獲得穩(wěn)定的Re基合金擴散障礙層，經(jīng) 過高溫氧化環(huán)境，擴散障礙層保持較好的穩(wěn)定性，合金元素的互擴散率大大降低，具有很好 的應用潛力。本發(fā)明不但適用于實驗室新型擴散粘結(jié)層材料研發(fā)，而且可以用來實現(xiàn)規(guī)模 化生產(chǎn)，為擴散障礙層材料的開發(fā)和應用帶來深遠影響。同時利用本發(fā)明還可以制備其他 金屬基材料，如鋁基、鈦基、鐵基和鈮基合金等。


圖1、高溫Ni基單晶超合金經(jīng)過Cr擴散后的表面形貌；圖2、Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料截面形貌。
具體實施例方式下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述，但并不限制本發(fā)明。實施例1(一)、試料準備(1)、將試料按3mm厚度切斷成塊料；
(2)、試料上端打出1. 2mm的孔，以方便試料用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨表面，特別是角部位要緩慢研磨；(4)、計算試料的全部面積和重量。其中所述的試料為Ni基單晶超合金。(二)、電解液的準備(1)、閃鍍鎳水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，磁力攪拌，準備待用；③、205g氯化鎳和125ml鹽酸加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、室溫磁攪拌1. 5小時后，即得閃鍍鎳水溶液。(2)、Re-Ni水溶液的準備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，14. 457g的NiSO4 · 6H20、52. 538g的檸檬酸、53. 070g的絲氨酸 和50. 626g的CrCl3 · 6H20慢慢加入；④、IOOcc的燒杯中，50cc的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且13. 966gRe粉要慢慢加 入；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20 溶液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc ；⑧、用pH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，使得pH值為3 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存時間超過24小時，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌1. 5小時，準備待用；③、磁力攪拌過程中，20g NiSO4 -6H20,60g Na2WO4 ·2Η20和80g檸檬酸慢慢加入其 中；④、室溫下攪拌后用pH計測定，并慢慢加入氨水溶液，使得PH值為6 ；⑤、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升，得Ni-W水溶液；(4)、Ni-Watt，s 鍍液的制備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌1. 5小時，準備待用；③、50°C磁力攪拌過程中，330gNiSO4 · 6H20、45gNiCl2 · 6H20 和 40g H3BO3 慢慢加 入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、50°C磁力攪拌，1. 5小時后，溶液待用，即得Ni-Watt，s鍍液；(三)、電鍍 經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金；(四)、Cr擴散(1)、將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與粒徑 為100-150μπι的高純Cr、Al203粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝；其中高 純Cr、Al203粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計算；(2)、再經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即得一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的 粘結(jié)層材料，Re-Ni-Cr擴散障礙層厚度為15 μ m。圖1為實施例1高溫Ni基單晶超合金經(jīng)過Cr擴散后的表面形貌，圖2為實施例 IRe-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料截面形貌。從圖1中可以看出表面鍍層光滑，分布均勻。從圖2中看出，在Ni基體上形成了 Re-Ni-Cr合金擴散障礙層，此障礙層可以在高溫情況下保持穩(wěn)定，有效地阻止基體中合金 元素向外擴散，空氣中的氧向合金基體內(nèi)部擴散。實施例2(一)、試料準備(1)、將試料按2mm厚度切斷成塊料；(2)、試料上端打出Imm的孔，以方便試料用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨表面，特別是角部位要緩慢研磨；電鍍前需要確認陽極的Ni板是否經(jīng)Ni金屬絲綁緊，試料的陰極部分是否被Ni 金屬絲綁緊；(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；試料在苯和甲醇混合液中，超聲清洗1分 鐘以上；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參 數(shù)控制情況，見下表；
密 2m 流度k 電mA
電鍍
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(4)、計算試料的全部面積和重量；其中所述的試料為Ni基單晶超合金；(二)、電解液的準備(1)、閃鍍鎳水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，磁力攪拌，準備待用；③、190. 17g氯化鎳和IOOml鹽酸加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、室溫磁攪拌1小時后，即得閃鍍鎳水溶液；(2)、Re-Ni水溶液的準備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，13. 143g的NiSO4 ·6Η20、9. 606g的檸檬酸、42. 036g的絲氨酸和 26. 645g 的 CrCl3 · 6H20 慢慢加入；④、IOOcc的燒杯中，50cc的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且9. 311gRe粉要慢慢加入；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20 溶液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc ；⑧、用pH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，使得pH值為2. 8 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存時間超過24小時，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌1小時，準備待用；③、磁力攪拌過程中，15.772g NiSO4 ·6Η20、32· 986g Na2WO4 ·2Η20 禾口 76. 848g 檸檬 酸慢慢加入其中；④、室溫下攪拌后用pH計測定，并慢慢加入氨水溶液，使得PH值為6. 2 ；⑤、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升，得Ni-W水溶液。(4)、Ni-Watt，s 鍍液的制備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌1小時，準備待用；③、50°C磁力攪拌過程中，289.146g NiSO4 · 6Η20、23· 771g NiCl2 · 6H20 和 30. 915g H3BCVg慢加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、50°C磁力攪拌，1小時后，溶液待用，即得Ni-Watt，s鍍液；(三)、電鍍電鍍前需要確認陽極的Ni板是否經(jīng)Ni金屬絲綁緊，試料的陰極部分是否被Ni 金屬絲綁緊；(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；
(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；試料在苯和甲醇混合液中，超聲清洗1分 鐘以上；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參 數(shù)控制情況，見下表； 經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金；(四)、Cr擴散(1)、將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與粒徑 為100-150μπι的高純Cr、Al203粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝；其中高 純Cr、Al203粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計算。(2)、再經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即得一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的 粘結(jié)層材料，Re-Ni-Cr擴散障礙層厚度為10 μ m。實施例3(一)、試料準備(1)、將試料按5_厚度切斷成塊料；(2)、試料上端打出1. 5mm的孔，以方便試料用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨表面，特別是角部位要緩慢研磨；(4)、計算試料的全部面積和重量；其中所述的試料為Ni基單晶超合金；(二)、電解液的準備(1)、閃鍍鎳水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，磁力攪拌，準備待用；③、285. 25g氯化鎳和130ml鹽酸加入其中；
1閃鍍鎳水溶液閃鍍500 30sec.
純水洗凈，無需干燥
2Re-Ni 7jc溶液Re-Ni20 60 min
純水洗凈，10~15分鐘靜置
3閃鍍樣水溶液閃鍍100 3. 5min
20 min70
3. 5min 室溫 15 分50
④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、室溫磁攪拌2小時后，即得閃鍍鎳水溶液；(2)、Re-Ni水溶液的準備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，34. 429g的NiSO4 · 6H20、57. 636g的檸檬酸、68. 309g的絲氨酸 和66. 613g的CrCl3 · 6H20慢慢加入；④、IOOcc的燒杯中，50cc的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且18.621gRe粉要慢慢加 入；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20 溶液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc ；⑧、用pH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，使得pH值為3. 1 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存時間超過24小時，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌2小時，準備待用；③、磁力攪拌過程中，23.657g NiSO4 · 6Η20、98· 958g Na2WO4 · 2H20 禾口 115. 272g 檸 檬酸慢慢加入其中；④、室溫下攪拌后用pH計測定，并慢慢加入氨水溶液，使得PH值為5. 8 ；⑤、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升，得Ni-W水溶液；(4)、Ni-Watt，s 鍍液的制備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌2小時，準備待用；③、50°C磁力攪拌過程中，368.004g NiSO4 ·6Η20、71· 313g NiCl2 ·6Η20 禾口 49. 464g H3BCVg慢加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、50°C磁力攪拌，2小時后，溶液待用，即得Ni-Watt，s鍍液；(三)、電鍍電鍍前需要確認陽極的Ni板是否經(jīng)Ni金屬絲綁緊，試料的陰極部分是否被Ni 金屬絲綁緊；(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；試料在苯和甲醇混合液中，超聲清洗1分 鐘以上；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參 數(shù)控制情況，見下表； 經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金；(四)、Cr擴散(1)、將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與粒徑 為160-200 μ m的高純Cr、Al2O3粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝；其中高 純Cr、Al203粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計算；(2)、再經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即得一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的 粘結(jié)層材料，Re-Ni-Cr擴散障礙層厚度為9 μ m。實施例4(一)、試料準備(1)、將試料按4mm厚度切斷成塊料；(2)、試料上端打出1. 3mm的孔，以方便試料用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨表面，特別是角部位要緩慢研磨；(4)、計算試料的全部面積和重量；其中所述的試料為Ni基單晶超合金；(二)、電解液的準備(1)、閃鍍鎳水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，磁力攪拌，準備待用；③、255g氯化鎳和120ml鹽酸加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、室溫磁攪拌1. 5小時后，即得閃鍍鎳水溶液。(2)、Re-Ni水溶液的準備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，28. 57g的NiSO4 · 6H20、49. 58g的檸檬酸、60. 37g的絲氨酸和 41. 66g的 CrCl3 · 6H20 慢慢加入；
④、IOOcc的燒杯中，50cc的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且11. 65gRe粉要慢慢加入；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20 溶液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc ；⑧、用pH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，使得pH值為2. 9 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存時間超過24小時，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌2小時，準備待用；③、磁力攪拌過程中，21.35g NiSO4 · 6Η20、68· 57g Na2WO4 · 2H20 禾口 97. 86g 檸檬酸 慢慢加入其中；④、室溫下攪拌后用pH計測定，并慢慢加入氨水溶液，使得PH值為6. 1 ；⑤、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升，得Ni-W水溶液。(4)、Ni-Watt，s 鍍液的制備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌1. 5小時，準備待用；③、50°C磁力攪拌過程中，317. 69g NiSO4 · 6H20、59. 74g NiCl2 · 6H20 和 41. 86g H3BCVg慢加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、50°C磁力攪拌，1小時后，溶液待用，即得Ni-Watt，s鍍液；(三)、電鍍電鍍前需要確認陽極的Ni板是否經(jīng)Ni金屬絲綁緊，試料的陰極部分是否被Ni 金屬絲綁緊；(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；試料在苯和甲醇混合液中，超聲清洗1分 鐘以上；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參 數(shù)控制情況，見下表；
經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金；(四)、Cr擴散(1)、將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與粒徑 為160-200 μ m的高純Cr、Al2O3粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝；其中高 純Cr、Al203粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計算；(2)、再經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即得一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的 粘結(jié)層材料，Re-Ni-Cr擴散障礙層厚度為6 μ m。實施例5(一)、試料準備(1)、將試料按3_厚度切斷成塊料；(2)、試料上端打出1. Imm的孔，以方便試料用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨表面，特別是角部位要緩慢研磨；(4)、計算試料的全部面積和重量；其中所述的試料為Ni基單晶超合金；(二)、電解液的準備(1)、閃鍍鎳水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，磁力攪拌，準備待用；③、275. 9g氯化鎳和IlOml鹽酸加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、室溫磁攪拌1. 5小時后，即得閃鍍鎳水溶液。(2)、Re-Ni水溶液的準備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，18. 7g的NiSO4 ·6Η20、29. 5g的檸檬酸、55. 7g的絲氨酸和33. 7g 的CrCl3· 6H20慢慢加入；④、IOOcc的燒杯中，50cc的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且15. 6g Re粉要慢慢加入；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20溶液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc ；⑧、用pH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，使得pH值為3. 1 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存時間超過24小時，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的準備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌2小時，準備待用；③、磁力攪拌過程中，17.5g NiSO4 ·6Η20、59· 7g Na2WO4 ·2Η20 和 89. 4g 檸檬酸慢慢 加入其中；④、室溫下攪拌后用pH計測定，并慢慢加入氨水溶液，使得PH值為6. 1 ；⑤、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升，得Ni-W水溶液。(4)、Ni-Watt' s 鍍液的制備①、將1升的燒杯洗凈，準備待用；②、燒杯中加入600cc的純凈水，50°C下磁力攪拌1. 5小時，準備待用；③、50°C磁力攪拌過程中，305.7g NiSO4 · 6Η20、44· 7g NiCl2 · 6H20 和 35. 6g H3BO3 慢慢加入其中；④、溶液體積不足1升情況下，讓溶液體積加至1升；⑤、50°C磁力攪拌，1小時后，溶液待用，即得Ni-Watt，s鍍液；(三)、電鍍電鍍前需要確認陽極的Ni板是否經(jīng)Ni金屬絲綁緊，試料的陰極部分是否被Ni 金屬絲綁緊；(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；試料在苯和甲醇混合液中，超聲清洗1分 鐘以上；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參 數(shù)控制情況，見下表； 經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金；(四)、Cr擴散(1)、將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與粒徑 為210-500μπι的高純Cr、Al203粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝；其中高 純Cr、Al203粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計算；(2)、再經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即得一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的 粘結(jié)層材料，Re-Ni-Cr擴散障礙層厚度為2 μ m。以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術方案所做的任 何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
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權利要求
一種具有Re Ni Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料，其特征在于所述的擴散障礙層為Re Cr Ni合金擴散障礙層，Re Cr Ni合金擴散障礙層中各元素的質(zhì)量百分比組成如下Re20～65Cr30～50％Ni5～30％所述的擴散障礙層涂鍍于基體材料上；所述的基體材料為Ni、Al、Ti、Fe或Nb基合金。
2.如權利要求1或2所述的一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料，其特征 在于所述的Re-Cr-Ni合金擴散障礙層的厚度為2 15 μ m。
3.如權利要求1或2所述的一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料，其特征 在于所述的Re-Cr-Ni合金擴散障礙層的厚度優(yōu)選為10 15 μ m。
4.如權利要求1或2所述的一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料，其特征 在于所述的基體材料為Ni基單晶超合金。
5.如權利要求1或2所述的一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料的制備 方法，其特征在于該方法包括如下制備步驟(一)、試料準備(1)、將試料按2-5mm厚度切斷成塊料；(2)、塊料上端打出孔，用Ni絲連接，來進行電鍍；(3)、用#150號砂紙打磨塊料的表面，角部位要緩慢研磨；(4)、計算試料的全部面積和重量； 其中所述的試料為M基單晶超合金；(二)、電解液的制備(1)、閃鍍鎳水溶液的制備燒杯中加入純凈水，磁力攪拌下加入氯化鎳和濃度為36. 5%的鹽酸，室溫磁攪拌1 2 小時后，即得閃鍍鎳水溶液；其中氯化鎳、濃度為36. 5%的鹽酸的加入量按其與純凈水的摩爾體積比計算。即氯化 鎳濃度為36. 5%的鹽酸純凈水為0. 8 1. 2mol 105 130ml 950 1050ml ；(2)、Re-Ni水溶液的制備①、500cc和IOOcc兩個燒杯各自洗凈；②、500cc的燒杯中裝入300cc的純凈水，50°C磁力攪拌，待用；③、磁攪拌過程中，將一定量的NiSO4· 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20慢慢加入；④、IOOcc的燒杯中，將一定量的H2O2加入進去；⑤、雙氧水氧化Re時，會釋放大量熱，燒杯要風冷，并且Re粉要慢慢加入；其中加入的NiSO4 · 6H20、檸檬酸、絲氨酸、CrCl3 · 6H20和Re粉的量按其與純凈水摩爾 體積比計算，即NiSO4 · 6H20 檸檬酸絲氨酸CrCl3 · 6H20 Re粉純凈水為0. 1 0. 3mol 0. 1 0. 6mol 0. 8 1. 3mol 0. 2 0. 5mol 0. 1 0. 2mol 480 520ml ；⑥、Re溶解的過程中，將過程③制得的NiSO4· 6H20、檸檬酸、絲氨酸和CrCl3 · 6H20溶 液倒入混合；⑦、溶液體積不足500cc的情況下，加入純凈水直至500cc；⑧、用PH計測定pH值，慢慢加入NaOH溶液，調(diào)整pH值為2.8 3. 2 ；⑨、50°C下磁力攪拌，保存超過24小時待用，即得Re-Ni水溶液；(3)、Ni-W水溶液的制備磁力攪拌過程中，將一定量的NiSO4 · 6H20,Na2WO4 · 2H20和檸檬酸慢慢加入其中并繼續(xù) 磁力攪拌，1 2小時后，并用氨水調(diào)整pH值為5. 8 6. 2，即得Ni-W水溶液；其中加入的NiSO4 · 6H20、Na2WO4 · 2H20和檸檬酸的量按其與純凈水摩爾體積比計算，即 NiSO4 ·6Η20 Na2WO4 ·2Η20 檸檬酸純凈水為 0. 06 0. 09mol 0. 1 0. 3mol 0. 4 0. 6mol 950 1050ml ；(4)、Ni-Watt’ s鍍液的制備燒杯中加入純凈水，50°C下磁力攪拌過程中，將NiSO4 · 6H20、NiCl2 · 6H20和H3BO3加入 其中并繼續(xù)磁力攪拌，1 2小時后，即得Ni-Watt’ s鍍液；其中加入的NiSO4 · 6H20、NiCl2 · 6H20和H3BO3的量按其與純凈水摩爾體積比計算，即 NiSO4 · 6H20 NiCl2 · 6H20 H3BO3 純凈水為 1. 1 1. 4mol 0. 1 0. 3mol 0. 5 0. 8mol 950 1050ml ；(三)、電鍍(1)、電解液專用燒杯、Ni板的陽極和磁攪拌，均用純凈水洗凈準備待用；(2)、計算并稱量試料的表面積和重量；(3)、試料被Ni金屬絲敷緊，與電鍍裝置的負極連接；(4)、Ni板陽極與直流電源的正極相連接；(5)、用步驟(二)準備好的各種電鍍液進行電鍍，電鍍順序及電鍍過程處理的參數(shù)控 制情況，見下表； 經(jīng)上述的電鍍處理后即得Re-Ni層合金； (四)、Cr擴散將步驟(三)中的電鍍后所得的具有Re-Ni層的合金經(jīng)純水清洗后，與高純Cr、Al2O3 粉末混合均勻一起填埋放入陶瓷坩堝中，密封坩堝，經(jīng)1280°C高真空燒結(jié)5小時后即得具 有由Re-Cr-Ni合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料； 其中高純Cr、Al2O3粉末粒徑為100 500 μ m ；其中高純Cr、Al2O3粉末的量按其與步驟(一)中的試料的質(zhì)量比即1 3 1計算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料及其制備方法。Re-Ni-Cr合金擴散障礙層涂鍍于基體材料上，基體材料為Ni、Al、Ti、Fe或Nb基合金材料，Re-Cr-Ni合金擴散障礙層中各元素的質(zhì)量百分比組成為20～65％的Re、30～50％的Cr及5～30％的Ni。其制備方法即通過電鍍的方法在基體高溫超合金上形成Re-Cr-Ni合金擴散障礙層的材料。本發(fā)明的具有Re-Ni-Cr合金擴散障礙層的粘結(jié)層材料表面鍍層光滑，分布均勻，在高溫情況下保持穩(wěn)定，可阻止基體中合金元素向外擴散、空氣中的氧向合金基體內(nèi)部擴散。
文檔編號C25D5/48GK101914774SQ20101025657
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2010年8月19日
發(fā)明者劉艷, 武英 申請人:上海應用技術學院