[发明专利]铱铝高温抗氧化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种高温抗氧化涂层的制备方法，具体地说，是高温合金及难熔金属用铱铝涂层的制备方法，属于表面技术领域。

背景技术

在现代能源工业和航空航天工业等领域，高温合金及难熔金属是不可缺少的重要材料。当今，高温合金及难熔金属已广泛应用于各种燃气涡轮机及各种航天器、火箭发动机、核反应堆、潜艇、火力发电厂、石油化工设备等方面。为保证这些部件在使用过程中具有一定的使用寿命，必须使其同时满足充分的机械强度和良好的抗高温氧化及热腐蚀性能，但是高温合金及难熔金属通常难以同时满足上述全部性能要求。通常在其表面制备一层高温涂层以弥补高温合金及难熔金属抗高温腐蚀性能的不足，因此，高温防护涂层越来越被人们所重视。

自上世纪60年代起，高温防护涂层技术得到迅速发展。铝在合金表面形成的氧化铝膜致密、粘附性好，且在高温时很稳定，因此铝化物涂层较早应用于工业。工业中常用的镍基高温合金的铝化物涂层主要由镍与铝的化合物组成，铝化物涂层大多通过渗铝得到。根据扩散方式，又可将渗铝分成两种类型，向外生长型和向内生长型。但由于镍铝相涂层脆塑转变温度高、脆性大、易开裂剥落、涂层/基体易发生互扩散、富镍的镍铝相易发生马氏体相变以及不耐硫化和热腐蚀等缺点，人们进一步发展了铂族金属铝化物涂层。目前在发达国家如美国、英国及法国等，铂铝涂层现已广泛应用于航空工业。关于铂铝涂层的想法首先于1961年被Cape提出，目前，已发展了涂层的多种制备方法。铂铝涂层的制备通常是首先通过电镀、熔盐镀、物理气相沉积等方法在合金表面上沉积一定厚度的铂层，其中电镀是制备铂层最常见的技术，通常在电镀铂层后均需在高温下(>1000℃)下进行预扩散处理以增强铂层与基体的结合力；随后用粉末包埋法、料浆法渗铝及化学气相沉积法等方法进行渗铝得到铂铝涂层。我国对铂铝涂层材料的基础研究仅始于上世纪90年代初，目前仍然处于试制阶段，尚未形成商业化生产。

而同时目前，国际上对其他铂族金属铝化物涂层如高性能的铱铝高温抗氧化涂层材料的开发应用尚为空白，这严重地制约了高温合金研究的发展。

检索大量文献资料后，至今未见有铱铝涂层制备技术的报道。涂层的结构、成分和表面状态与涂层的性能密切相关。而我们知道，铱具有最小的氧渗透性，因此铱是一种有效的氧扩散障涂层，但是温度超过1390K后，其表面容易形成气态氧化物，通过渗铝，形成铱铝涂层是一种有效提高其抗氧化性防止形成氧化铱的有效方法。因此，在高温合金及难熔金属表面制备一层铱铝涂层用以提高金属的高温抗氧化能力无疑有重要的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铱铝涂层的制备方法，该涂层与基体结合强度高，可广泛用于各种高温合金及难熔金属，可有效提高高温合金及难熔金属的使用寿命，使高温合金及难熔金属具有优越的耐冷、热冲击性能及高温抗氧化能力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，首先对高温合金及难熔金属基体进行表面处理及化学处理；其次在清洗后的合金表面通过电镀或者化学气相沉积方法得到一层厚度约为0.5~10微米的纯铱；最后在一定温度下进行粉末包埋法渗铝或者化学得到铱铝涂层。

其制备过程按下列步骤进行：

(1)高温合金或难熔金属首先进行表面处理，随后放入一定浓度的盐酸中，约1~5min后取出，二次蒸馏水中清洗并烘干。

(2)将步骤(1)中处理好的高温合金或难熔金属进行熔盐电镀，电镀铱厚度为0.5~10微米；或者将步骤(1)中处理好的高温合金或难熔金属放置于化学气相沉积室，通过输运气体将乙酰丙酮铱蒸气输运至已被加热的钼基体表面，乙酰丙酮铱发生热分解反应而使铱在钼基体表面沉积下来，得到银色铱涂层，铱厚度也为0.5~10微米。

(3)将步骤(2)所获得的试样进行粉末包埋渗铝处理，渗剂组由铝粉、氧化铝粉及氯化铵组成。首先将试样埋入装有渗剂的容器中，随后将该渗铝容器放置于高温电阻炉中，通入氩气并将电阻炉加热到550~1100℃，通过控制保温时间可实现在高温合金或难熔金属表面制备不同厚度的铱铝涂层。