[发明专利]层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种难熔金属表面层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层，该层状复合高温抗氧化涂层包括依次制备在难熔合金表面上的硅化物层和玻璃陶瓷层。本发明还公开了该层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层的制备方法，该方法为：一、对难熔金属基体进行打磨、喷砂、脱脂和酸洗；二制备硅化物层；三、在硅化物层上预置玻璃陶瓷料浆，烧结法在带有硅化物层的难熔金属表面制备玻璃陶瓷层。本发明的涂层在1000℃以下范围内的抗氧化能力显著增强，抑制了硅化物层的低温“粉化”现象，且玻璃陶瓷层有效封堵了硅化物层在制备过程中形成的微裂纹，复合涂层的抗循环氧化性能和抗腐蚀介质侵蚀能力显著提升。

技术领域

本发明属于高温防护技术领域，具体涉及一种难熔金属表面层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层及其制备方法。

背景技术

难熔合金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，提高难熔金属的高温抗氧化性能是保障其高温服役性能的关键。相对于合金化，施加高温防护涂层能够单独对基体和涂层进行设计，同时满足力学性能和高温抗氧化性能的要求，被证明是保障难熔金属在高温氧化环境中服役最为有效的手段。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。

但硅化物涂层自身存在较大局限：一方面，硅化物涂层在1000℃下抗氧化性能不足，由于W、Mo、Ta、Nb、Si与O的亲和势很接近，硅化物涂层在低温段不能生成SiO₂玻璃保护膜，出现灾难性氧化(“pest”现象)；另一方面，硅化物涂层韧性差，且与难熔金属及其合金存在着较大的热膨胀系数失配，在冷热循环过程中不可避免产生贯穿性裂纹，加速了难熔合金尤其是钽基合金的高温氧化过程。

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中的不足，提供一种难熔金属表面层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层，通过在带有硅化物涂层的难熔金属表面施加一层玻璃陶瓷涂层，制备出层状复合的硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层，其特征在于，该层状复合高温抗氧化涂层包括依次制备在难熔合金表面上的硅化物层和玻璃陶瓷层，所述硅化物层的厚度为20μm～200μm，所述玻璃陶瓷层的层厚为10μm～120μm。

上述的一种层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层，其特征在于，所述硅化物层为Si-Cr-Ti涂层、改性Si-Cr-Ti涂层、MoSi₂涂层、改性MoSi₂涂层、WSi₂涂层、改性WSi₂涂层、Si-Mo-Zr涂层或改性Si-Mo-Zr涂层；所述玻璃陶瓷层以硅酸盐玻璃陶瓷为主体，且在主体内分散有用于增强玻璃陶瓷基质的硼化物陶瓷颗粒，以及用于提高玻璃陶瓷软化点的氧化铝陶瓷颗粒；所述硅酸盐玻璃陶瓷的软化温度不低于1000℃，玻璃陶瓷层中硼化物陶瓷的质量百分含量为20％～50％，氧化铝陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％。

上述的一种层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层，其特征在于，所述硅化物层的厚度为40μm～150μm，所述玻璃陶瓷层的层厚为20μm～100μm。

另外，本发明还提供了一种层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、依次对难熔金属基体的表面进行打磨、喷砂、脱脂处理和酸洗处理，得到预处理后的难熔金属基体；