[发明专利]一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层，由Ti、W、Cr、Zr、Nb和Si组成。本发明还公开了该涂层的制备方法，该方法为：一、对难熔金属打磨、喷砂、脱脂和酸洗；二、制备复合悬浮料浆；三、将料浆预置于难熔金属表面得到预置层，然后进行高温熔烧，制备得到Zr改性硅化物涂层。本发明Zr改性硅化物涂层与难熔金属基体相容性好，适用于Nb、Nb合金、W、W合金、Ta、Ta合金、Mo或Mo合金，该涂层的厚度可控，涂层与基体实现冶金结合，可在异形热端部件的表面以及部件内表面实现涂覆，制备得到的涂层可在1100℃～1500℃氧化条件下为难熔金属材料提供不少于200h的防护或在烧蚀环境中提供短时防护。

技术领域

本发明属于超高温防护技术领域，具体涉及一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层及其制备方法。

背景技术

难熔金属具备优异的高温强度和韧性以及良好的加工性能，在宇航工业、航空工业以及原子能工业中得到了广泛的应用。然而，难熔合金在超高温氧化环境中应用存在抗氧化难题，因其氧亲和势高，且氧溶解度大，在室温即极易吸氧，并在远低于服役温度时发生严重氧化。因此，为保障难熔金属热端部件的高温力学性能和工作寿命，必须对其施加超高温防护涂层。

高温氧化条件下，硅化物涂层通过发生Si元素的选择性氧化，生成SiO₂玻璃保护膜，为基体提供防护，展现出了良好的抗高温(1000℃-1700℃)氧化性能，而且，SiO₂玻璃膜在高温下发生软化，能够黏性流动，可以弥补涂层制备过程或氧化过程中形成的裂纹、孔洞等缺陷，展现出了良好的“自愈合”能力，成为难熔合金最主要的高温防护涂层。

然而，在高温条件下，随着SiO₂玻璃膜的增厚，氧化膜易发生开裂或高温球化，限制了硅化物涂层的高温防护寿命。通过添加稀土元素对硅化物涂层进行改性，可以降低涂层的氧化速率，有效调控硅化物涂层氧化膜的成分和结构，从而延长硅化物涂层的高温防护寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层及其制备方法，该Zr改性硅化物涂层改善硅化物涂层的高温防护性能，该Zr改性硅化物涂层可在1100℃～1500℃氧化条件下为难熔金属材料提供长时间的防护，或在烧蚀环境中提供短时防护。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti 10％～25％，W 15％～20％，Cr10％～15％，Zr 1％～5％，Nb 5％～8％，余量为Si和不可避免的杂质。

上述的一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti 12％～15％，W 15％～17％，Cr 10％～15％，Zr 3％～5％，Nb 5％～8％，余量为Si和不可避免的杂质。

上述的一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti 15％，W 15％，Cr 10％，Zr 5％，Nb 5％，余量为Si和不可避免的杂质。

另外，本发明还公开了上述的难熔金属表面Zr改性硅化物涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对难熔金属表面依次进行打磨处理、喷砂处理、脱脂处理和酸洗；所述喷砂处理采用的砂粒为刚玉砂或氧化锆砂，所述喷砂处理的压力为0.2MPa～0.8MPa，喷砂时间为2min～6min；

步骤二、将钛粉、钨粉、铬粉、锆粉、铌粉和硅粉混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到复合悬浮料浆；所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比(1～2):(3～4)混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的10～30倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；