[发明专利]一种钼基热氧化型抗熔蚀陶瓷涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钼基热氧化型抗熔蚀陶瓷涂层及其制备方法和应用，属于金属防护涂层技术领域。本发明首先在基体上制备Mo‑Si‑Al中间层，然后通过高温热氧化工艺，使Mo‑Si‑Al中间层表面发生氧化形成所述陶瓷抗熔蚀涂层。制备Mo‑Si‑Al中间层时，先沉积硅，再沉积铝，得到的中间层铝活性高且含量也高，在高温热氧化过程中，氧化铝生长速度快，得到高含量氧化铝的陶瓷涂层。该陶瓷抗熔蚀涂层具有良好的抗氧化性，在真空条件及1500℃以上能够抵抗高温合金熔体的侵蚀。该陶瓷抗熔蚀涂层用于铸造系统中以钼或钼合金为基体的金属构件的防护。

技术领域

本发明涉及金属防护涂层技术领域，具体涉及一种钼基热氧化型抗熔蚀陶瓷涂层及其制备方法和应用。

背景技术

熔模精密铸造的关键技术在于铸造模具材料体系的优化与制备工艺，铸造模具直接决定着铸造件的合格率，目前高温合金的铸造模具型壳与型芯均为陶瓷材料，虽然材料与工艺在不断优化改进，但是在制备复杂、细小、精密铸造件合格率较低，而金属模具因自身的优势被广泛关注，金属模具强度高、容易导热、可以承受大的冷却速度，因此可以结合金属模具改进铸造系统。金属模具可以结合陶瓷模具使用或全部采用金属模具形成铸造系统，进一步提高铸造件的质量和合格率，例如可以利用金属型芯替代陶瓷型芯的使用、利用金属模具铸造薄壁的管件和平面件，下面以具有热氧化型抗溶蚀陶瓷涂层的金属构件为例进行说明。

燃气涡轮机在日常生活、工业、国防中占有重要地位，随着工业水平不断提高，燃气轮机向着更大的推重比、更低的燃油消耗的方向发展，而解决该问题最有效的方法，提高涡轮前的温度，相应的涡轮叶片的承受温度随之升高，目前涡轮前的实际温度远高于叶片材料的熔点，这主要是由于借住叶片内部的冷却结构，压气机的空气一方面从叶片的下部入口流经叶片内腔带走热量，另一方面从叶片翼面小孔流出表面形成气薄膜隔绝燃气达到降低温度的需要。通过合理设计冷却结构内腔的数量和形状，冷却效率能大幅提高。

叶片的冷却结构经历多种结构设计到目前应用的先进复合冷却，冷却孔变得更小、更细、更薄，但是在制造复杂细小的冷却孔时传统的陶瓷型芯的容易发生偏芯、脆断等，造成叶片的合格率在30％-40％左右，为了改善型芯的性能，开展关于陶瓷型芯的研究做了很多工作，包括多种基体陶瓷型芯、复合陶瓷型芯增强式、包覆式、装配式、陶瓷-耐熔金属型芯，其中金属构件形成的型芯具备应用前景明显，钼在高温下综合性能优异，密度与高温合金接近，抗热冲击韧性好，可以在制造复杂细小冷却孔方面替代陶瓷型芯。

钼在环境温度300℃～500℃与氧气开始发生氧化，温度进一步升高形成MoO₃，MoO₃在高温下大量挥发，对基体不起保护作用，直至完全失效，钼在高温下不适合直接使用，其次钼在铸造过程中与高温合金实际接触，高温合金对金属构件钼熔蚀，因此表面需要制备有一定抗氧化、抗熔蚀陶瓷涂层，陶瓷抗溶蚀涂层成为了金属构件钼及其合金的实际应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钼基热氧化型抗熔蚀陶瓷涂层及其制备方法和应用，所制备的涂层在真空状态、温度1500℃以上保护钼或钼合金基体，能够抵抗高温合金的溶蚀。钼基体在表面制备防护涂层后，可以保持基体在高温下综合性能，在制造铸造模具时有一定的抗氧化性，然后在铸造过程能够抵抗高温合金熔蚀。该防护涂层成为钼及其合金实际应用的关键。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种钼基热氧化生长型陶瓷抗熔蚀涂层的制备方法，该方法首先在基体上制备Mo-Si-Al中间层，然后通过高温热氧化工艺，使Mo-Si-Al中间层表面发生氧化形成所述陶瓷抗熔蚀涂层。该方法包括如下步骤：

(1)Mo-Si-Al中间层的制备：采用原位化学气相沉积或化学气相沉积工艺在钼或钼合金基体上沉积Mo-Si-Al中间层，所述Mo-Si-Al中间层的厚度为10-100μm；

(2)陶瓷抗熔蚀涂层的制备：