[发明专利]一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3

说明书

本发明公开了一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni₃Al双金属间化合物涂层的制备方法，包括如下步骤：将纳米结构的NiAl与Ni粉末在惰性气体保护下通过机械合金化技术制备NiAl含量为20vol.％～40vol.％的NiAl/Ni复合粉末，筛分，收集尺寸在30～50μm的NiAl/Ni复合粉末；对基体材料进行喷砂粗化预处理后，采用冷喷涂系统在完成预处理的基体材料表面沉积制备厚度为200μm～300μm的NiAl/Ni复合涂层，然后将该涂层置于惰性气体环境中热处理5～15小时。本发明有利于控制粒子间结合、金属间化合物粒径大小及分布，所制备的涂层致密性好，且操作简单、成本较低，特别适用于工业应用推广。

技术领域

本发明涉及涂层制备领域，具体涉及一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni₃Al双金属间化合物涂层的制备方法。

背景技术

高温防护涂层应用于航空航天发动机涡轮叶片和导向叶片需具备良好高温抗氧化性及一定的强韧性。然而，在现有高温防护涂层中，扩散渗铝层存在使用温度不高(＜900℃)，塑性低及易剥落等问题，虽可通过添加Cr、Pt、Si和稀土等氧化反应活性元素来改性铝化物涂层提高其抗高温氧化性能，但工艺过程控制较复杂。MCrAlY涂层在氧化过程中，热生长氧化物 (TGO)的形成和长大及MCrAlY底层与陶瓷层(ZrO₂～8％Y₂O₃)之间的热膨胀系数差异引起的内应力增大将导致涂层失效。NiAl金属间化合物因强度高、抗高温氧化、硫化、熔盐腐蚀及耐磨损性能优异被公认为是一种重要的高温防护涂层材料，然而由于NiAl金属间化合物涂层室温塑性差、断裂抗力及高温强度低等不足限制了其作为高温结构涂层的使用，且NiAl涂层制备过程存在因相变转化引起的成分结构变化、缺陷产生和因热膨胀系数差异引起的应力开裂等问题。

NiAl/Ni₃Al双金属间化合物结合及纳米晶晶体结构是改善Ni～Al金属间化合物强韧性和高温抗氧化性能的重要途径之一，将塑韧性好的Ni₃Al合理分布在NiAl中可有效提高合金组织的室温塑性和断裂韧性，Ni₃Al和NiAl双相结合的室温断裂韧性(9～14MPa·m^1/2)是单相 NiAl块材(4～7MPa·m^1/2)的2倍。同时，纳米晶NiAl可实现对NiAl材料的强韧化，且纳米晶NiAl晶粒组织具有良好的高温稳定性。在高温循环氧化过程中，Ni₃Al涂层中的细晶结构可有效释放内应力，增强Al₂O₃膜与Ni₃Al涂层间的界面结合，从而提高Ni₃Al涂层的抗循环氧化性能。因此，基于降低涂层内应力及提高涂层界面结构结合，提出一种操作工艺简单、成本较低及可控的原位合成纳米晶NiAl/Ni₃Al双金属间化合物的制备方法尤其必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni₃Al双金属间化合物涂层的制备方法，有利于控制粒子间结合、金属间化合物粒径大小及分布，所制备的涂层致密性好，且操作简单、成本较低，特别适用于工业应用推广。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni₃Al双金属间化合物涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、将纳米结构的NiAl与Ni粉末在惰性气体(纯氩气)保护下通过机械合金化技术制备NiAl含量在20vol.％～40vol.％之间的NiAl/Ni复合粉末，其中，NiAl晶粒尺寸控制在10～ 50nm，Ni晶粒尺寸控制在10～30nm；

S2、将所得的NiAl/Ni复合粉末进行筛分，收集尺寸在30～50μm的NiAl/Ni复合粉末；