一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層及其製備方法
2023-06-16 06:07:36 1
一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高溫抗氧化塗層及其製備方法，尤其是涉及一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層及其製備方法。一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層，其特徵在於該塗層分為兩層，內層由銥組成，表層由銥基合金組成；其中內層銥塗層厚度為1-5μm，表層銥基合金塗層厚度為10-20μm；複合塗層中的合金元素為鈦、鈮、釩、鋯、鉿、鉭、釔、鋁、鎢、銠、鉑中的一種或多種；複合塗層中的合金以單質和/或金屬間化合物形式存在。另外，提高了一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層的製備方法，其特徵在於在基體材料的表面製備雙層結構的複合塗層；首先在基體材料的表面製備納米晶銥塗層；然後在銥塗層的表面製備銥基納米晶塗層，其中銥含量為50at.%~95at.%，餘量為合金元素。
【專利說明】一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高溫抗氧化塗層及其製備方法，尤其是涉及一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層及其製備方法。
【背景技術】
[0002]鎳基高溫合金是一種重要的耐高溫抗氧化材料，廣泛應用於燃氣輪機葉片等高溫部件。航空發動機中作為高溫下服役的工程合金材料，不僅要有足夠的高溫強度，還要具有良好的抗高溫氧化性能，單靠合金本身很難同時滿足這兩個要求。利用表面塗層提高合金的抗高溫氧化能力。早在20世紀40年代就出現了航空發動機防護塗層的報導，經過幾十年的研究，高溫塗層材料的成分與結構等方面均有了巨大的改進。20世紀70年代出現了改進型鋁化物塗層，如鋁-鉻、鋁-矽、鋁-鈦、鉬-鋁，其中以鍍鉬滲鋁形成的鉬鋁化物塗層具有更長的使用壽命。20世紀80年代發展了可以調整塗層成分，能在更高溫度下起到高溫抗氧化作用的等離子體噴塗MCrAH塗層(M代表Fe、Co、Ni或二者的結合)，被普遍地用作為熱障塗層系統的金屬粘結層。它克服了傳統鋁化物塗層與基體之間相互制約的弱點，在抗高溫氧化方面有顯著的改善。為了緩解陶瓷塗層和基體的熱膨脹不匹配，同時也為了提高合金基體的抗氧化，在基體和陶瓷塗層間加了一層金屬粘結層。日本近幾年在燃氣輪機用關鍵金屬材料投入了巨大的力量，鎳基超合金作為當前燃氣輪超高溫零件的主題材料仍在發展中，工作溫度不斷在提高，基體合金中加入鉬族金屬是一個重要的研究方向。其中銥具有較高的熔點、化學性質 穩定、硬度高，是高溫下熱強度和熱穩定性能最優良的金屬，也是唯一擁有極高熔點同時具有很強抗氧化性的金屬，並且是唯一能在1600°C以上空氣中仍有很好機械性能的金屬。銥基金屬間化合物與鎳基超合金類似的組織。新開發的銥基金屬間化合物材料在1200°C下的強度達到lOOOMPa，顯示出優良的高溫性能。國外研究資料表明，已在鎳基超合金基體表面鍍銥-鉿、銥-鉬、銥-鉭合金塗層作為粘結塗層，然後在滲鋁來提高高溫抗氧化能力，該類塗層具有有效的阻隔合金元素的作用，然而結合強度和使用溫度不能滿足某些工程可靠性的需要。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的一個技術問題是提供了一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層，其特徵在於該塗層分為兩層，內層由銥組成，表層由銥基合金組成。
[0004]所述複合塗層內層銥塗層厚度為I μ m -5 μ m,表層銥基合金塗層厚度為10 μ m
—20 u ITio
[0005]所述複合塗層中的合金元素為鈦、鈮、釩、鋯、鉿、鉭、釔、鋁、鎢、銠、鉬中的一種或多種。
[0006]所述複合塗層中的合金以單質和/或金屬間化合物形式存在。
[0007]本發明要解決的另一個技術問題是提供一種高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層的製備方法，其特徵在於在基體材料的表面製備雙層結構的複合塗層；首先在基體材料的表面製備納米晶銥塗層；然後在銥塗層的表面製備銥基納米晶塗層，其中銥含量為50at.%~95 at.%,餘量為合金元素。
[0008]所述的高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層的製備方法，其特徵在於製備銥塗層採用的方法是以下兩類方法之一:物理氣相沉積和化學氣相沉積；其中所採用的物理氣相沉積是雙層輝光等離子表面改性、雷射脈衝沉積、磁控濺射或電子束物理氣相沉積；所採用的化學氣相沉積是金屬基化學氣相沉積或雷射化學氣相沉積。
[0009]所述的高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層的製備方法，其特徵在於製備銥塗層採用物理氣相沉積和化學氣相沉積方法；其中採用的物理氣相沉積是磁控濺射或電子束物理氣相沉積。
[0010]所述的高溫抗氧化銥基納米晶複合塗層的製備方法，其特徵在於製備銥塗層所採用的方法是雙層輝光等離子表面改性；在銥塗層上製備銥基塗層所採用的方法是磁控濺射。
[0011]應用效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點:
(1)複合塗層與基體材料結合強度高；
(2)納米晶塗層提聞聞溫抗氧化能力；
(3)納米晶塗層具有較好的隔熱效果；
(4)複合塗層具有較長的使用壽命。
【具體實施方式】
[0012]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定。
實施例
[0013]實施例1
以鎳基合金作為基體材料，銥和銥20at.%鋯合金板作為靶材。沉積之前，對基體材料進行機械拋光和清洗。首先，採用雙輝等離子表面改性技術在基體表面沉積一層銥薄膜，銥靶材電壓-600V，工件電壓-200V，工作氣壓10Pa，靶材與基體極間距為15mm，沉積時間30min可獲得Iym厚度的銥薄膜；然後，採用電子束物理氣相沉積技術在銥薄膜表面製備銥鋯塗層，電子束電流為400mA，真空室工作氣壓2 X 10_3 Pa，靶材與基體極間距為60mm，基體表面溫度300°C，沉積Ih可獲得IOym厚度的銥鋯合金塗層。鎳基合金基體表面的納米晶複合塗層在高溫1500°C氧化30h後，塗層仍然結合牢固。
[0014]實施例2
以鎳基合金作為基體材料，銥和銥IOat.%鈮合金板作為靶材。沉積之前，對基體材料進行機械拋光和清洗。首先，採用雙輝等離子表面改性技術在基體表面沉積一層銥薄膜，銥靶材電壓-650V，工件電壓-200V，工作氣壓5Pa，靶材與基體極間距為15mm，沉積時間Ih可獲得5μπι厚度的銥薄膜；然後，採用直流磁控濺射技術在銥薄膜表面製備銥鋯塗層，電子束電流為450 mA，真空室工作氣壓10_3 Pa，靶材與基體極間距為60mm，基體表面溫度500°C，沉積Ih可獲得12 μ m厚度的銥鈮合金塗層。基體表面的納米晶複合塗層在高溫2000°C燒蝕2 min後，塗層表層晶粒顯著長大，表面出現少量的微孔，塗層結合牢固。
[0015]上述僅為本發明的單個【具體實施方式】，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護的範圍的行為。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保`護範圍。
【權利要求】
1.一種高溫抗氧化複合塗層，其特徵在於該塗層分為兩層，內層由銥組成，表層由銥基合金組成，其中銥塗層厚度為Iym、μ m,銥基合金塗層厚度為IOym~20 μ m。
2.根據權利要求書I所述的複合塗層，其特徵在於塗層中的合金元素為鈦、鈮、釩、鋯、給、組、乾、招、鶴、錯、怕中的一種或多種。
3.根據權利要求書I所述的複合塗層，其特徵在於塗層中的合金以單質和/或金屬間化合物形式存在。
4.一種聞溫抗氧化依基納米晶複合塗層的製備方法，其特徵在於在基體材料的表面製備雙層結構的複合塗層；首先在基體材料的表面製備一層納米晶依塗層；然後在依塗層的表面製備一層銥基納米晶塗層,其中銥含量為50 at.%~95 at.%,餘量為合金元素。
5.根據權利要求書4所述的製備方法，其特徵在於製備銥塗層採用物理氣相沉積和化學氣相沉積方法。
6.根據權利要求書5所述的製備方法，其特徵在於內層銥塗層所採用的物理氣相沉積是雙層輝光等離子表面改性、雷射脈衝沉積、磁控濺射或電子束物理氣相沉積。
7.根據權利要求書5所述的製備方法，其特徵在於內層銥塗層所採用的化學氣相沉積是雷射化學氣相沉積或金屬基化學氣相沉積。
8.據權利要求書4所述的製備方法，其特徵在於製備銥基合金塗層採用的方法是物理氣相沉積。
9.根據權利要求書8所述的製備方法，其特徵在於銥基塗層所採用的物理氣相沉積是磁控濺射或電子束物理氣相沉積。
10.根據權利要求書4或5或8所述的製備方法，其特徵在於製備銥塗層所採用的方法是雙層輝光等離子表面改性；在銥塗層上製備銥基塗層所採用的方法是磁控濺射。
【文檔編號】C23C14/35GK103572210SQ201210279046
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月8日 優先權日:2012年8月8日
【發明者】陳照峰, 吳王平 申請人:蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司