[发明专利]一种用于γ-AlTi合金防护的耐高温熔盐腐蚀纳米多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于γ‑AlTi合金防护的耐高温熔盐腐蚀纳米多层复合涂层及其制备方法。所述涂层包括在基体表面依次设置元素和应力渐变结构的AlCrON缓冲层和纳米多层复合层，所述纳米多层复合层包括在AlCrON缓冲层表面依次交替设置的AlCrSiYN功能层和MoSiB扩散阻挡层。本发明提供的纳米多层复合涂层以双重渐变结构AlCrON涂层为缓冲层，提高了基体与涂层之间的结合力，通过交替设置的AlCrSiN功能层和MoSiB层，打断了主功能层的柱状生长模式，阻断高温下元素扩散通道，提高了抗机械磨损性能和抗高温熔盐腐蚀性能，抑制了金属重离子腐蚀和析出，对于γ‑AlTi合金的高温防护性能大幅度提高。

技术领域

本发明属于硬质涂层技术领域，具体涉及一种用于γ-AlTi合金防护的耐高温熔盐腐蚀纳米多层复合涂层及其制备方法。

背景技术

γ-TiAl合金低密度、高比强度、高比模量、较高的高温强度与刚度、良好的抗蠕变能力，使其成为航天、航空及航海领域中耐热结构件中极具竞争力的结构材料。γ-TiAl合金中A1含量己经高达50at.％仍无法发生A1的优先选择性氧化生成致密连续的A1₂O₃保护膜，在高温空气中只能生成TiO₂与A1₂O₃混合膜，而TiO₂膜是一种疏松的结构，使其抗高温氧化性严重不足。飞机或轮船的发动机等高温设备，前端部件温度较高，近海工作会附着大量腐蚀性盐类，那么表面覆盖一层较薄的离子态熔盐，这就导致了高温熔盐腐蚀，缩短了部件的使用寿命。γ-TiAl合金高温腐蚀性能不足已经极大地限制了γ-TiAl合金的广泛应用，如何提高γ-TiAl合金耐高温腐蚀性能的问题显得日益突出。

表面改性技术可充分发挥基体材料与表面涂层材料的综合优势，既满足对结构性能(强度、韧性等)和环境性能(耐磨、耐蚀、耐高温等)的需要，也可获得理想的复合材料结构。在不影响力学性能的前提下，改善γ-TiAl合金抗高温氧化性能的有效途径是表面处理。对金属的表面处理方法几乎全部应用到了γ-TiAl合金的表面处理上，包括金属电镀、微弧氧化、热喷涂、离子注入、激光的表面合金化、离子氮化、离子镀膜、表面复合处理、表面纳米化处理等等。用双层辉光等离子表面渗金属技术在TiAl基合金表面渗Si处理，在高温环境下表面形成致密的氧化铝、氧化硅薄膜，一方面显著提高抗氧化性能，另一方面渗层出现与陶瓷层相似的缺点，易剥落，易开裂。离子注入技术可以获得耐磨及强韧的表面合金层，但合金层厚度一般小于1μm，承载能力不足，易被压塌而失效。激光表面改性技术仍存在一些亟待解决的问题，如设备条件要求高，成本高，可处理面积有限以及同一工艺处理结果的可重复性较差等。离子镀镀膜技术结合了辉光放电效应、等离子表面技术和真空蒸发镀膜技术。离子镀镀的薄膜与基体附着力强、镀膜速度快、绕射性好、靶材的可选择性强等。离子镀NiCrAlY涂层在高温下形成保护性Al₂O₃膜，有效降低TiAl合金的氧化增重，提高了TiAl合金的氧化抗力。但是高温氧化过程中，NiCrAlY/TiAl涂层体系中发生严重的Ni与基体的互扩散现象，形成了层状结构的互扩散带，涂层体系的力学性能恶化，导致涂层从基体表面剥落，从而缩短了其在高温环境下的使用寿命。

因此，需要开发与基体结合力好，具有优良机械性能，且耐高温熔盐腐蚀的涂层具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中表面处理方法无法兼具与基体结合力好，具有优良机械性能，且耐高温熔盐腐蚀的缺陷和不足，提供一种用于γ-AlTi合金防护的耐高温熔盐腐蚀纳米多层复合涂层。本发明提供的纳米多层复合涂层与基体结合力好，具有优良机械性能，且耐高温熔盐腐蚀。

本发明的另一目的在于提供上述纳米多层复合涂层的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种耐热结构材料。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：