[发明专利]一种单相铂改性铝化物涂层及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高温防护涂层技术领域，具体涉及一种单相铂改性铝化物涂层及其制备工艺。

背景技术

作为一种具有良好抗氧化、抗热腐蚀性能的铂改性铝化物涂层，已被广泛应用于航空发动机、燃气轮机叶片等耐热部件的防护，它既可以单独使用，也可以作为粘接层(bond coat)与表面陶瓷层(如Y₂O₃稳定ZrO₂)一起构成热障涂层(TBCs，即thermal barrier coatings)体系，来提高部件的抗高温氧化、抗热腐蚀性能，延长部件的服役寿命。相关应用的文献如：①中国发明专利，Pt+Si改性的β-NiAl热障涂层及其制备方法，申请号201210078703.7；②中国发明专利，用于隔热涂层的经铂改性的NiCoCrAlY结合涂层，申请号200610169095.5；③中国发明专利，一种防护涂层，申请号200410003852.2等。

对于高温合金及高温防护涂层部件，其抗氧化性能主要依靠：(1)一层致密并且生长缓慢的Al₂O₃膜，阻止元素的内外扩散；(2)氧化钇稳定氧化锆陶瓷涂层来降低粘结层表面的温度。但是由于Al₂O₃膜和陶瓷涂层很脆，粘结层涂层在使用过程中表面出现的褶皱起伏很容易导致Al₂O₃膜和陶瓷涂层脱落，因此抑制粘结层在高温过程中的表面褶皱可以提高TBCs涂层的使用寿命。

铂改性铝化物涂层中常见的金属间化合物有β-(Ni,Pt)Al，γ′-(Ni,Pt)₃Al以及PtAl₂等，γ′-(Ni,Pt)₃Al中Al含量太低而不能长时间维持生成单一的Al₂O₃膜，而PtAl₂太脆，容易剥落，并且结构不稳定，容易在高温氧化过程中转变为β-(Ni,Pt)Al，相变引起涂层体积变化从而导致表面褶皱，最终导致Al₂O₃膜和陶瓷涂层脱落。而β-(Ni,Pt)Al是理想的涂层存在相，其具有稳定的结构和较高的Pt、Al固溶度，适合作为TBCs系统的连接层，因此如何制备出单一相的β-(Ni,Pt)Al涂层成为延长高温防护涂层服役时间的关键。

发明内容

为了延长TBCs热障涂层的服役时间，本发明的目的在于提供一种单相铂改性铝化物涂层及其制备工艺。本发明涂层中仅含有稳定的β-(Ni,Pt)Al单相组织，在保证涂层热稳定性的同时提供了足够含量的铝和铂元素。因此可以防止由于相变体积变化导致的涂层表面褶皱，提高TBCs热障的涂层的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种单相铂改性铝化物涂层，该涂层为β-(Ni,Pt)Al单相涂层，Pt、Al和Ni元素在β-(Ni,Pt)Al相中均匀分布，其中：Al元素含量为30-40wt％，Pt元素含量为20-30wt％，Ni元素含量为30-40wt％。

所述单相铂改性铝化物涂层制备过程为：首先在基体上沉积铂元素以形成镀铂基底层，然后在所述镀铂基底层上沉积Al元素，最终获得单相铂改性铝化物涂层；具体包括如下步骤：

(1)通过电镀将Pt沉积在基体上形成镀铂基底层；所述镀铂基底层的厚度为1-15μm。

(2)在镀铂基底层上面沉积Al元素形成含有β-(Ni,Pt)Al单相或者含有β-(Ni,Pt)Al和PtAl₂双相的涂层，双相涂层中的PtAl₂通过热处理手段消除后，形成仅含有β-(Ni,Pt)Al的单相涂层。

步骤(1)中，所述电镀工艺采用的镀液组成为：铂含量为6-10g/L的二亚硝基二氨铂((NH₃)₂Pt(NO₂)₂)，20-65g/L的氨基磺酸(NH₂SO₃H)，1g/L的十二烷基二甲基添加剂，其余为水；镀液pH值为1-5，镀液温度为60-90℃，电镀电流密度为1-10A/dm²，电镀时间为10分钟到2h。