[发明专利]Al2O3/Al－Si－Cr复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层的制备方法，更特别地说，是指一种采用低压(30～40×10³pa)等离子喷涂方法在Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体上制备出具有高温(1000～1250℃)抗氧化性能的Al₂O₃/Al-Si-Cr复合涂层。

背景技术

铌基合金具有较高的熔点(＞1700℃)，较低的密度(6.6～7.2g/cm³)，良好的室温断裂韧性(＞20Mpa·m^1/2)，良好的高温强度以及铸造性能，因而有望成为在1200～1400℃甚至更高温度下工作的叶片材料。但是Nb_ss/Nb₅Si₃双相合金抗氧化性能差，高温氧化时存在严重的氧化增重现象。形成的氧化物如：TiNb₂O₇，AlNb₁₁O₂₉和CrNbO₄等疏松多孔，而且生长迅速，无法阻挡氧向基体的继续扩散，因而达不到高温抗氧化作用。

Al、Cr、Si三种元素具有优越的高温抗氧化作用，它们的氧化物Al₂O₃、SiO₂和Cr₂O₃能够阻挡氧的扩散，阻止氧化的进一步进行。Al、Cr、Si经化合形成许多化合物，这些化合物都具有很好的高温抗氧化性能，但部分化合物受其熔点的影响，限制了其高温应用。Cr(Al，Si)₂抗氧化性好，熔点高(＞1250℃)。因而具有很高的高温应用价值。

Al₂O₃具有很高的熔点，致密的Al₂O₃层不仅能够阻止氧元素的扩散，而且能够阻止Nb、Ti、Al、Cr、Si等较大原子半径的元素的扩散，是很好的阻扩散层材料的选择。

随着涂层技术的发展，更高性能、更加复杂结构的涂层体系正在被逐渐开发。发展多层复合涂层是现在涂层发展的重要方向之一。在高温抗氧化涂层体系中，抗氧化涂层会随着氧化时间的增加逐渐失效。导致其失效的原因主要是活性元素的消耗。活性元素的消耗包括两个过程：(1)活性元素与环境中扩散来的氧结合形成氧化物；(2)活性元素在高温环境中向基体方向扩散。为了提高涂层的使用寿命，在抗氧化层与基体之间增加一层阻扩散层是十分必要的。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种Al₂O₃/Al-Si-Cr复合涂层，该复合涂层由Al₂O₃涂层和Al-Si-Cr混合层组成，Al₂O₃涂层在Al-Si-Cr混合层与Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体之间，Al₂O₃涂层厚度为50～200μm，Al-Si-Cr混合层厚度为50～200μm。Al-Si-Cr混合层由Cr(Si，Al)₂、Al、Si三相组成，其在高温1000～1250℃氧化100h以内在Al-Si-Cr混合层表面形成有Al₂O₃和SiO₂的混合氧化物层，能够成功阻止氧向基体的扩散。本发明制得的Al₂O₃/Al-Si-Cr复合涂层经过SEM分析氧化后(氧化条件1000～1250℃氧化100h时)的涂层断面表明，氧化后涂层由三层组成：外层为Al-Si-Cr混合涂层的氧化物层；中间层为Al-Si-Cr混合涂层；内层为Al₂O₃。Al₂O₃层在氧化过程中，起到了阻扩散作用，成功阻止了基体与涂层之间的互扩散作用。