[发明专利]快速激光熔覆制备抗高温氧化ZrB2

说明书

本发明公开了一种快速激光熔覆制备抗高温氧化ZrB₂‑Al₂O₃/MCrAlY金属陶瓷涂层的方法，所述方法步骤如下：喷砂粗化：用打磨高温合金工件，然后用白刚玉喷砂粗化，用丙酮和无水乙醇混合液超声清洗，彻底烘干后将工件固定在旋转工作台上；涂层制备：采用激光熔覆设备制备一层厚度为100μm至1000μm的抗高温氧化ZrB₂‑Al₂O₃/MCrAlY金属陶瓷涂层；涂层热处理：采用真空热处理的后处理使得涂层无应力、组织和成分均匀化。本发明的工艺方法获得的涂层不仅可以提高涂层的硬度和弹性模量，而且可以降低摩擦系数，提高高温磨损性能，提高涂层的抗高温氧化腐蚀能力，使得涂层在高温服役中更加稳定。

技术领域

本发明属于表面工程—熔覆涂层领域，特别是涉及一种快速激光熔覆制备抗高温氧化 ZrB₂-Al₂O₃/MCrAlY金属陶瓷涂层的方法。

背景技术

MCrAlY成分涂层是经典的抗高温氧化和腐蚀的涂层或热障涂层的打底层，MCrAlY涂层的强度大，韧性好，硬度高，具有良好的耐磨性和抗高温氧化能力，在航空航天、钢铁、船舶、石油化工等行业具有广泛应用。采用热喷涂技术制备的该类涂层界面呈机械咬合，结合强度低，容易剥落；采用电子束物理气相沉积制备该类涂层造价高，沉积效率低；采用多弧离子镀技术涂层制备技术难度大，造价高，涂层重复率差等缺点，因此，上述技术制备的该类涂层难以满足日趋严酷的涂层应用工况环境，采用激光熔覆技术制备的涂层具有很多优势：冷速高(10^-5～10^-6K/s)，热输入小，畸变小，熔覆层稀释率小，涂层厚度范围大，涂层/基底合金界面呈冶金结合。

激光熔覆技术可以强化和修复零件的表面，是一种先进的表面改性技术，它通过在基材表面制备熔覆材料，利用高能量密度的激光束使之与基材表面一起薄层熔凝，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，从而显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、抗氧化等。激光熔覆技术具有显著的经济效益，在航空领域具有巨大的应用潜力。如英国的RollsRoyce公司为解决工件的开裂问题，采用该技术修复航空发动机叶片。采用该技术可以制备与基材金属呈冶金结合的热障涂层，具有良好的隔热效果，可以满足高性能航空发动机的苛刻使用要求。再如在钛及其合金的生物医用材料表面激光熔覆一层羟基磷灰石，可以使钛合金表面“改头换面”，不仅提高了钛合金在生物体内的耐腐蚀性、生物相容性等，而且使得熔覆层和界面结合牢固。

颗粒增强MCrAlY复合涂层因具有优良的性能而倍受关注，增强颗粒常用WC、TiC、SiC、Al₂O₃等高熔点陶瓷材料。超高温陶瓷ZrB2陶瓷具有高熔点、高热导率、高硬度、高化学稳定性及较好的高温强度等优异性能，纳米尺寸Al₂O₃颗粒不仅有利于复合材料的致密化，而且可以细化材料的晶粒尺寸，显著提高材料体系的综合性能。但是，纳米颗粒也面临较难均匀分散的挑战。采用激光熔覆技术制备的陶瓷颗粒增强MCrAlY复合涂层有希望将MCrAlY涂层的强韧性、良好的工艺性和增强颗粒优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性有机结合起来，是激光熔覆MCrAlY涂层领域的研究热点。