[发明专利]表面沉积有多元梯度复合涂层的合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高温合金技术领域，具体公开了表面沉积有多元梯度复合涂层的合金材料及其制备方法，包括合金基体，在合金基体上依次沉积有金属粘结层、贵金属层以及陶瓷涂层，其中金属粘接层的厚度为100～200μm，贵金属层的厚度为50～100μm，陶瓷涂层的厚度为150～500μm，所述陶瓷涂层为多元梯度涂层，且包括两种以上的陶瓷组份，陶瓷涂层中至少一种以上的陶瓷组份的体积分数沿梯度涂层由内至外或由外至内连续变化。本专利通过多元梯度涂层的设置，既满足了多种陶瓷组份带来的有益效果，同时又降低了多种陶瓷组份之间的界面效应，使得合金材料的耐高温、抗氧化和抗腐蚀能力得到增强。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，特别涉及表面沉积有多元梯度复合涂层的合金材料及其制备方法。

背景技术

飞行器的设计不断地向材料科学提出新的课题，推动航空航天材料科学向前发展；航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证。

不同的工作环境要求航空航天材料具有不同的特性，尤其是随着“两机”专项(航空发动机、燃气轮机)、超高声速飞行器等先进航空技术的发展，对于航空材料提出了更高的技术要求，尤其是其高温或者超高温条件下的抗高温蠕变性能，抗高温氧化性能等高温力学与化学性能，因此一些传统的金属材料如镁、铝、镍、钛、铁、铜、锆或锡等合金已经很难满足当前或者未来航空材料的技术要求。但是这些传统金属材料因其具有的良好的导电性、塑性、疲劳抗性、冲击韧性等一系列优异力学与化学性能，因此在航空材料中占据十分重要的地位，所以很难被完全取代，因此采取一种有效的防护手段对材料进行防护才是当前最可行的方式。

热障涂层技术是指通过在金属基体沉积一层具有优异隔热性能的陶瓷以降低基体的温度，此外，由于陶瓷涂层的存在还可以金属基体与高温高腐蚀环境隔离，大大减低了金属基体被氧化腐蚀的风险，使得热障涂层制成的器件(如发动机涡轮叶片)能在高温下运行，并且可以提高器件(发动机等)热效率达到60％以上。稀土铌/钽酸盐陶瓷(RENb/TaO₄)凭借着高的熔点，低热导率(1.38～1.94W.m^-1.K^-1)，高热膨胀系数(11×10^-6K^-1，1200℃)和铁弹韧性等优异的热物理性能和力学性能，被认为是最具潜力的新一代热障涂层材料，对该材料在热障涂层领域的使用目前也正在研究当中，而要如何最大化的体现出陶瓷涂层对基体合金的保护作用依旧是当前研究的重点。

发明内容

本发明提供了一种界面效应减弱，更耐腐蚀的表面沉积有多元梯度复合涂层的合金材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

表面沉积有多元梯度复合涂层的合金材料，包括合金基体，在合金基体上依次沉积有金属粘结层、贵金属层以及陶瓷涂层，其中金属粘接层的厚度为100～200μm，贵金属层的厚度为50～100μm，陶瓷涂层的厚度为150～500μm，所述陶瓷涂层为多元梯度涂层，且包括两种以上的陶瓷组份，陶瓷涂层中至少一种以上的陶瓷组份的体积分数沿梯度涂层由内至外或由外至内连续变化。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中通过将陶瓷涂层设置为，其中至少一种以上的陶瓷组份的体积分数沿梯度涂层由内至外或由外至内连续变化，这样的方式能够提高陶瓷涂层的耐高温、抗氧化和抗腐蚀能力，相比于单组份的陶瓷涂层，多种陶瓷组份能给陶瓷涂层带来更多的有益效果。

2、采用本方案中陶瓷涂层的设计方式进行沉积得到的陶瓷涂层，各梯度涂层之间成分呈渐变的形式，各梯度涂层之间形成的界面少，使得界面效应弱，同时最重要的一点在于，在各梯度涂层沉积过程中，每一层的成分还会不断的扩散，使得界面效应继续减弱。