本發(fā)明涉及高溫合金防護(hù)涂層，特別是涉及一種用于鎳基高溫合金防護(hù)并抑制擴(kuò)散孔洞形成的pt+nire-γ/γ’涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鎳基高溫合金是一種在高溫、高壓等極端條件下具有優(yōu)異性能的材料，廣泛應(yīng)用于航空、能源等領(lǐng)域。鎳基高溫合金在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，但由于合金在迭代改進(jìn)過程之中抗高溫腐蝕元素(al和cr)的含量不斷降低，導(dǎo)致在苛刻的服役環(huán)境之中合金表面難以形成具有保護(hù)性的氧化膜(如α-al2o3)，所以合金的抗高溫氧化和抗熱腐蝕性能一般由施加在表面的高溫防護(hù)涂層提供。在鋁化物涂層之中添加pt族元素(如pt、pd)或者一些活性元素(res，如hf、ce、y等)會改變其涂層的氧化機(jī)制。

2、pt元素作為改性元素在現(xiàn)階段已經(jīng)于高溫防護(hù)涂層之中有廣泛的應(yīng)用，其在抗高溫氧化時所起的作用主要有以下幾點：1、pt元素能夠抑制氧化膜-金屬界面空隙的生長，有利于提升al2o3膜與涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度；2、pt元素能夠有效的促進(jìn)單一α-al2o3氧化膜的形成，且pt與al元素的親和力較強(qiáng)，有利于基體內(nèi)的al元素進(jìn)行上坡擴(kuò)撒，有助于在表面形成連續(xù)且致密的氧化鋁保護(hù)膜；3、pt元素的存在能夠降低生成α-al2o3氧化膜所需的臨界鋁含量，能夠保證氧化鋁保護(hù)膜的持續(xù)形成；4、pt元素的存在能夠抑制難熔合金元素(w、mo等元素)的向外擴(kuò)散，減輕s元素的危害。

3、活性元素(res，如hf、ce、y等)添加在高溫防護(hù)涂層內(nèi)會對高溫氧化時生成的氧化膜的粘附性有一定的改善。目前的研究認(rèn)為，在高溫氧化的過程中，活性元素改善al2o3膜粘附性的機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、抑制氧化膜/合金基體界面孔洞的生成與長大；2、在氧化膜/合金基體界面生成活性元素氧化物，提高氧化膜與合金基體的接觸面積；3、能夠緩解氧化膜起皺現(xiàn)象；4、直接參與氧化膜/合金基體界面成鍵，提高界面鍵合能力。

4、pt擴(kuò)散γ/γ’涂層是一種應(yīng)用于鎳基高溫合金表面保護(hù)的涂層，可以有效提高其合金的抗高溫氧化和抗腐蝕性能。pt擴(kuò)散γ/γ’涂層可以通過電鍍5～8μm的pt，然后進(jìn)行擴(kuò)散處理制備得到。與β-(ni,pt)al涂層相比，γ/γ’涂層具有更高的蠕變強(qiáng)度、涂層與高溫合金基體之間更好的相容性以及低廉的制造成本等潛在優(yōu)勢。然而，該種涂層在制備過程仍存在一個常見的問題：在鎳基高溫合金表面電鍍pt層再進(jìn)行真空退火時，由于合金基體內(nèi)部元素與鍍層內(nèi)的pt元素之間的互擴(kuò)散速率不相同，導(dǎo)致真空退火后涂層內(nèi)部生成大量的孔洞。高溫合金工件再受到循環(huán)加載的應(yīng)力時，涂層內(nèi)部的孔洞會成為疲勞裂紋源，大幅縮短涂層的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于鎳基高溫合金防護(hù)并抑制擴(kuò)散孔洞形成的pt+nire-γ/γ’涂層的制備方法，通過對pt擴(kuò)散化γ/γ’涂層進(jìn)行了改進(jìn)，通過先復(fù)合電鍍一層ni+re層，然后電鍍pt層，再進(jìn)行真空擴(kuò)散退火的方式，ni+re層的存在彌補(bǔ)了合金與鍍層之間元素互擴(kuò)散不匹配的難題，抑制擴(kuò)散孔洞的形成，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種適用于鎳基高溫合金防護(hù)的pt+nire-γ/γ’涂層，所述pt+nire-γ/γ’涂層的元素包括ni、al、pt和re；其中，ni和al構(gòu)成γ’-ni3al和γ-ni物相，pt和re元素固溶到γ’-ni3al和γ-ni物相中。

4、進(jìn)一步的，所述ni、al、pt和re的質(zhì)量比為60～70:20～25:8～11:1～4

5、進(jìn)一步的，所述re包括hf和/或y。

6、本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種上述適用于鎳基高溫合金防護(hù)的pt+nire-γ/γ’涂層的制備方法，步驟包括：

7、對試樣進(jìn)行預(yù)處理后置于含有re粉的鍍鎳懸濁液中，經(jīng)第一電鍍得到ni+re層，得到第一電鍍試樣；

8、將所述第一電鍍試樣置于鍍pt溶液中，經(jīng)第二電鍍得到pt層，得到第二電鍍試樣；

9、將所述第二電鍍試樣經(jīng)真空擴(kuò)散退火處理即得所述pt+nire-γ/γ’涂層；

10、所述試樣為含鋁的鎳基高溫合金。

11、進(jìn)一步的，所述含鋁的鎳基高溫合金為含鋁的鎳基單晶合金。

12、進(jìn)一步的，所述預(yù)處理的步驟包括：對試樣依次進(jìn)行打磨、噴砂處理、超聲清洗、電化學(xué)除油和活化處理。

13、優(yōu)選的，所述打磨為依次用400、1000、2000目的sic砂紙進(jìn)行打磨。

14、打磨時樣品的邊緣要打磨出倒角，防止邊緣處應(yīng)力集中導(dǎo)致涂層制備過程開裂或者樣品氧化過程表面氧化膜的過早剝落。

15、優(yōu)選的，所述噴砂處理為采用150目氧化鋁丸進(jìn)行濕噴砂處理。

16、優(yōu)選的，所述超聲清洗為依次在去離子水、酒精和丙酮中分別超聲清洗20min。

17、優(yōu)選的，所述電化學(xué)除油的步驟為：在濃度為5～15g/l的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行電化學(xué)除油，以所述試樣為陰極，不銹鋼板為陽極，在電流密度為2～15a/dm2下處理1～10min。

18、優(yōu)選的，所述活化處理的步驟為：將所述試樣放入活化液中處理處理0.5～5min；所述活化液為鹽酸和磷酸的水溶液，其中，活化液中鹽酸的濃度為10～30vol.％，磷酸的濃度為5～25vol.％。

19、進(jìn)一步的，所述含有re粉的鍍鎳懸濁液包括：150～180g/l的niso4·6h2o、8～15g/l的nacl、30～60g/l的h3bo3、110g～130g/l的na2so4、0.1～0.2g/l的十二烷基硫酸鈉和0～20g/l的re，且re的含量不為0。

20、鍍鎳與re粉混合的懸濁液的溶劑為水，ph為4.0～6.0。

21、進(jìn)一步的，所述第一電鍍的電鍍溫度為30～40℃，電流密度為4～12ma/cm2，時間為0.5h～2h。

22、進(jìn)一步的，所述ni+re層的厚度為5～8μm。

23、進(jìn)一步的，所述鍍pt溶液包括：5～15g/l的二亞硝基二氨鉑和5～15g/l的亞硝酸鈉。

24、鍍pt溶液的溶劑為水，使用氨水調(diào)節(jié)ph值至8.0～10.0。

25、進(jìn)一步的，所述第二電鍍的電鍍溫度為70～80℃，電流密度為4～6ma/cm2，時間為2h～4h。

26、進(jìn)一步的，所述pt層的厚度為5～8μm。

27、進(jìn)一步的，所述真空擴(kuò)散退火處理的步驟為：將所述第二電鍍試樣進(jìn)行真空封管，然后以5～10℃/min的升溫速率升溫至480～500℃，保溫2～2.5h，再以5～10℃/min的升溫速率升溫至1080～1100℃，保溫3.5～4h，隨爐冷卻至室溫。

28、進(jìn)一步的，所述pt+nire-γ/γ’涂層的厚度為10～30μm。

29、真空擴(kuò)散退火過程中，ni+re層和pt層與合金互擴(kuò)散形成pt+nire-γ/γ’涂層，厚度相較于真空擴(kuò)散退火前增大。

30、本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供一種上述適用于鎳基高溫合金防護(hù)的pt+nire-γ/γ’涂層在鎳基高溫合金防護(hù)中的應(yīng)用。

31、進(jìn)一步的，所述在鎳基高溫合金防護(hù)中的應(yīng)用包括所述pt+nire-γ/γ’涂層作為鎳基高溫合金的抗高溫氧化/腐蝕防護(hù)涂層或熱障涂層粘結(jié)層。

32、其中，抗高溫氧化/腐蝕防護(hù)涂層是指該涂層既具備抗高溫氧化的作用，又具備抗腐蝕的作用。

33、本發(fā)明技術(shù)方案之四：提供一種抑制pt擴(kuò)散γ/γ’涂層擴(kuò)散孔洞形成的方法，在鎳基高溫合金表面先電鍍一層ni+re層，然后電鍍pt層，再進(jìn)行真空擴(kuò)散退火。

34、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

35、本發(fā)明以與鎳基高溫合金主要物相相似的γ/γ’相為主要物相，并輔以pt和活性元素re對涂層進(jìn)行改性。涂層通過復(fù)合鍍ni+re和電鍍pt再進(jìn)行擴(kuò)散退火的方式制備涂層，抑制了涂層內(nèi)的擴(kuò)散孔洞的形成，保護(hù)了涂層與合金的力學(xué)性能。pt元素的改性能夠促使涂層表面形成保護(hù)性的al2o3膜，并抑制涂層界面的s偏聚行為，增強(qiáng)涂層的抗氧化性能。活性元素的加入能夠?qū)ρ趸みM(jìn)行釘扎，并且抑制氧化膜界面處孔洞的聚集，增強(qiáng)氧化膜與涂層界面的結(jié)合力。從而使得pt+nire-γ/γ’涂層在高溫下具備優(yōu)異的抗高溫氧化和腐蝕性能。另一方面，由于涂層物相與合金內(nèi)物相相近，在涂層服役過程中能夠避免涂層與合金間的互擴(kuò)散，抑制tcp相的形成，達(dá)到維護(hù)合金組織穩(wěn)定的效果。

36、本發(fā)明采用電鍍的方法將ni和pt兩種涂層施加在基體表面，制備成本較低，兩種鍍層結(jié)構(gòu)并擴(kuò)散退火使涂層內(nèi)部擴(kuò)散孔洞的形成受到抑制，采用pt和活性元素對涂層進(jìn)行改性，增強(qiáng)了涂層形成保護(hù)性氧化膜的能力，并提高了氧化膜的抗剝落性能。