[发明专利]一种耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料及涂层制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料及涂层制备方法，涂层以Nb₃Ni₂Si，Nb_0.1Ni_0.9以及NbNi₃为主相结构。实验证实，在模拟熔融玻璃环境中大大降低了基体的腐蚀速率，具有优异的耐腐蚀性能。另外，本发明还提供了一种制备该涂层的方法：对Nb，Ni，Si的单质粉末进行机械球磨后采用冷喷涂技术及后续热处理制备出Nb‑Ni‑Si金属间化合物涂层。具有成本低、简单易控，速度快，厚度均匀，涂层质量高等特点。

技术领域

本发明属于表面工程领域，涉及一种耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料及涂层制备方法，具体涉及一种与熔融硅化物直接接触的工件外壁防护涂层材料及制备方法。

背景技术

玻璃作为一类重要的无机非金属材料，同建筑业、电器业、汽车业等重要工业部门和人民生活密切相关。玻璃制品系在高温熔融状态下成形，由于其熔体具有极强的腐蚀性，产品制造过程中多个环节涉及合金部件的腐蚀失效。例如，在玻璃纤维制造过程中，高温熔融玻璃(1000～1200℃)进入高速旋转的合金喷头，在离心力作用下经表面微孔喷出，形成玻璃纤维。合金喷头在服役条件下除了受到玻璃熔体的腐蚀，还因高速旋转(800～4000rpm)承受应力；另外，与熔融玻璃相关的金属电极、储存熔体的容器高温服役时也直接与玻璃熔体相接触。一方面，苛刻的高温腐蚀环境会降低上述构件的使用寿命，使其提早出现裂纹和结构变形，迫使频繁更换部件而增加生产成本；另一方面，合金腐蚀失效也会影响玻璃制品的质量，例如合金溶解产生的金属离子会污染玻璃成分，另外成形部件变形会增大玻璃次品率，降低产品质量和生产效率。因此，提高合金部件的抗熔融玻璃腐蚀能力对玻璃制造业具有重要的科学与工程意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料及涂层制备方法，制备一种低成本且耐熔融玻璃腐蚀性能优异的涂层。该方法通过对单质粉末球磨处理，控制冷喷涂工艺预热温度与喷涂压力等参数，使涂层与基体快速形成致密结合，通过后续热处理获得高耐熔融玻璃腐蚀性能的Nb-Ni-Si金属间化合物涂层。

技术方案

一种耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料，其特征在于组份为25～35％的Nb和50～60％的Ni，余量为Si。

所述Nb，Ni，Si各元素粉末的粒径为100～400目。

一种采用所述耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料制备防护涂层结构的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将Nb，Ni，Si的单质粉末装入配有钢球的球磨罐中并加入过程控制剂硬脂酸，通过球磨获得具有复合层状结构的混合粉末；所述Nb，Ni，Si各元素粉末质量占比为：25～35％的Nb和50～60％的Ni，余量为Si；所述过程控制剂硬脂酸的质量分数为0.1-2％；

步骤2：利用冷喷涂技术在耐高温硅化物上制备Nb，Ni，Si混合物涂层，冷喷涂制备的涂层厚度在50～600μm；所述冷喷涂工艺参数为：粉末预热温度为600～750℃，喷涂气压为2.6～3.2Mpa，喷涂速度为10～20mm/s，喷涂距离为15～25mm；

步骤3：将制备的Nb，Ni，Si混合物涂层放入真空炉中，通入保护性气体进行热处理，得到具有Nb-Ni-Si金属间化合物的涂层；所述热处理工艺参数为：热处理温度为800～950℃，保温时间为2～12h，冷却方式为随炉冷却。

所述利用冷喷涂技术时，工件外表面距离喷枪垂直距离为10mm～15mm。

所述冷喷涂工艺参数为：粉末预热温度为750℃，喷涂气压为2.6～2.8Mpa，机械手移动速度为10mm/s。

所述球磨时转速为300r/m，球磨时间为6h，球磨方式为旋转1min后，停止1min，然后反向旋转1min。