[发明专利]一种铌基表面溶胶凝胶法制备复合高温涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于在合金基体上制备高温抗氧化涂层技术。具体是一种铌基表面溶胶凝胶法制备复合高温涂层的方法。该方法采用制备中间结合层提高溶胶凝

胶法制备涂层与基体间的结合，从而达到提高涂层抗氧化的目的。

背景技术

随着航空航天技术的进一步发展，航空航天器等推重比的不断提高，飞机发动机的使用温度可达到1200℃以上，火箭则达到更高的温度，传统的高温合金已经不能满足人们需求。铌合金的优良特性使其成为航空、航天与核工业中高温结构件的重要候选材料之一。但铌合金易发生氧化，纯铌600℃就发生“pest”氧化。目前主要通过涂层保护提高铌基高温抗氧化，主要方法有料浆烧结法、包埋渗法等。

上述涂层的制备方法可以看到工艺复杂，热处理温度高，严重影响基体性能。所制备的涂层由于和基体的热膨胀系数之间存在差异而导致涂层易开裂、脱落等。而有关提高涂层与基体结合的专利鲜有报道。

例如CN201010591716公开了一种铝(醇)盐水解制备制备Al₂O₃涂层的方法。将制备好的溶胶直接涂覆在金属制品表面进行热处理，得到Al₂O₃涂层。Al₂O₃的热膨胀系数8.3～9.3×10^-6K^-1，铌基合金的热膨胀系数为7.2×10^﹣6K^﹣1，由于涂层和铌合金的热膨胀系数存在差异且晶格结构不同，高温下会产生内应力而导致涂层产生裂纹脱落而失去保护基体的作用。CN103388137A发明了一种化学镀Ni-p纳米镀膜的方法，对除油处理的金属基底材料，进行化学镀Ni-p纳米镀膜，达到一定厚度即得到Ni-p纳米镀膜。研究发现Ni-p涂层具有抑制裂纹产生和扩展作用，当Ni-p镀层中当合磷量达到一定时，其结构为非晶态，不存在晶界、亚晶界、位错、层错，即没有一般金属结晶所有的缺陷，因此有可能提高氧化物涂层和金属间的结合。

本发明通过一种化学前处理与溶胶凝胶相结合的方法提高涂层与铌基体结合，有效解决涂层本身与铌基体结合不好，减少在服役过程中易产生开裂、脱落现象造成涂层失效。

发明内容

本发明目的在于提供了一种简单方便的铌基表面溶胶凝胶法制备复合高温涂层的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种铌基表面溶胶凝胶法制备复合高温涂层的方法，按以下步骤操作：

第一步：铌基合金试样预处理：

铌基合金试样预磨后用无水乙醇、丙酮分别清洗脱脂，再经超声波清洗后干燥。

第二步：化学处理制备铌基合金试样中间结合层：

制备中间结合层步骤如下：

1.化学除油

将预处理后的铌基合金试样用15～40g/L Na₃PO₄·12H₂O、10～30g/LNa₂CO₃和5～15g/L Na₂SiO₃组成的混合液在温度50～60℃条件下浸泡，浸泡时间为4～5min，得到除油除杂质后的铌基合金试样。

2.酸碱侵蚀

1)将除油除杂质后的铌基合金试样用5～20g/L NaOH在温度20～30℃条件下进行碱侵蚀，碱侵蚀时间为10～20s。

2)将碱侵蚀后的铌基合金试样用20～80g/L H₂SO₄在温度20～30℃条件下进行酸侵蚀，酸侵蚀时间为10～20s，通过酸碱侵蚀使铌基合金试样表面充分活化。

3.第一次浸锌

将酸碱侵蚀处理后的铌基合金试样用40～80g/L NaOH、2～8g/LKNaC₄H₄O₆·H₂O、2～8g/L ZnO、26g/LFeCl₃·6H₂O1～3g/L NaNO₃组成的混合液在温度20-30℃条件下进行第一次浸锌反应，浸锌时间为20～60s。经第一次浸锌后的铌基合金试样表面粗糙多孔，附着力不好，同时难免有少量氧化膜残留。

4.退锌