[发明专利]一种T91钢表面复合电镀Ni/CrAl/Y2O3梯度镀层的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种T91钢表面复合电镀Ni/CrAl/Y₂O₃梯度镀层的方法，属于金属表面处理与腐蚀防护技术领域。

背景技术

NiCrAlY不仅具有较好耐高温性能，而且具有较好的韧性，并被应用在发动机叶片上。目前，国内外对NiCrA1Y涂层研究和应用依然非常多。因为MCrA1Y高温涂层韧性好，具有良好的抗热腐蚀、抗氧化、抗热机械疲劳性能，但用在不同的基材表面其成分往往不同，新的材料和沉积工艺不断出现，探讨合适的制备工艺是目前研究热点之一。

MCrA1Y涂层的相通常是多种的。比如，铝的浓度不够高时，MCrA1Y主要是γ固溶体。但实际MCrA1Y结构较为复杂，除了γ和β相外，还有γ′和σ相。加入铝可以形成保护性的、连续致密的Al₂O₃膜；加入铬可以改善涂层抗热腐蚀性能，并且可以促进Al₂O₃膜的形成。如(MCrA1Y+A1SiY)复合涂层，退火后复合涂层外层主要由β-(Ni，Co)A1相及少量α-NiCoCr和Cr₃Si相组成，内层主要是富Cr相及少量α-(Ni，Co)A1相。氧化过程中由于A1的消耗，单一涂层表面生成了尖晶石和NiO，而复合涂层中的β-(Ni，Co)A1相退化成γ/γ＇相，氧化过程中可以提供Al，支持表面A1₂O₃膜的形成和修复，从而提高了抗高温氧化性能。

国内外对MCrA1Y涂层的研究主要集中在改善涂层成分和优化涂层结构设计等方面，通过添加Ti、Si、Zr、Hf、Ta、Re、Ru等多种元素，以及加入扩散障、采用梯度及多相复合涂层等及多层设计的方法，提高涂层性能。

国内外制备MCrAlY涂层，用得比较多的方法主要有：电子束-物理气相喷涂、低压或真空等离子喷涂、氩气幕等离子喷涂、爆炸喷涂、真空电弧沉积、三极溅射等。

以上这些方法制备NiCrAlY涂层成本高，比如电子束-物理气相喷涂操作需抽真空，且不适合大块构件喷涂，等离子喷涂制备涂层存在气孔、微裂纹等缺陷。另外，这些制备工艺还存在一些其他缺点。比如，由于“视线”效应，对于那些形状复杂的构件，如存在腔体的部件或连体叶片，难保证涂层的均匀性，而限制了其广泛的应用。而通过电沉积方法可以制备均匀、致密、不易剥落的涂层，目前材料电镀法制备NiCrAl镀层的方法通常是在镀镍液中加入Cr粉和Al粉，但由于Cr和Al的比重差别大，难于获得较理想Cr和Al配比的NiCrAl镀层。国际上也有采用CrAl粉加入镀液中通过复合镀制备NiCrAl镀层，但镀层中CrAl含量没有梯度变化，工件在高温长期服役过程中Al向基体扩散易于生成脆性相，导致镀层结合力较差，抗氧化性能尚有待进一步提高。

Ni/CrAl/Y₂O₃梯度涂层中复合粒子含量从里层到外层增加，镀层外表可以制备CrAl/Y₂O₃含量高的镀层，而在镀层靠近基体侧CrAl/Y₂O₃含量较低，保证镀层有良好的抗腐蚀和抗氧化性能，又不会对镀层结合力造成影响。梯度镀层在高温下可降低Al向基体扩散，有效降低形成铁铝金属间化合物的脆性相等造成的不良影响，从而对基材起到良好的防护作用。

本发明利用复合电镀技术，得到耐蚀、耐高温性能良好的Ni/CrAl/Y₂O₃高温镀层，能够为钢基材提供良好的防护，兼具可操作性强、降低生产成本和易于实现工业化的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种T91钢表面制备Ni/CrAl/Y₂O₃梯度镀层的方法，该方法可以制备CrAl/Y₂O₃沿镀层从里到外浓度线性增加的梯度镀层，且操作简单，又能够降低生产成本，所制备的梯度镀层抗高温氧化性能良好，能够为T91钢基材提供良好的防护。本发明克服了传统物理气相沉积（PVD）设备复杂、真空要求高、生产效率低的缺点，同时克服常规的镀镍复合Cr粉和Al制备Ni/CrAl涂层过程中由于Cr粉和Al粉密度相差太大，难于控制Cr和Al的比例的难题，通过控制工艺参数可以获得Cr/Al质量比稳定的梯度镀层，同时引入适量稀土可以显著增加镀层的抗高温氧化性能。