[发明专利]一种用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层及其制备与应用

说明书

本发明涉及金属表面工程技术领域，尤其是涉及一种用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层及其制备与应用。本发明的抗氧化涂层包括铌硅合金表面的Mosubgt;5/subgt;Sisubgt;3/subgt;‑MoSisubgt;2/subgt;复相涂层以及原位分散于Mosubgt;5/subgt;Sisubgt;3/subgt;‑MoSisubgt;2/subgt;复相涂层中的微米SiOsubgt;2/subgt;颗粒和纳米SiOsubgt;2/subgt;颗粒。本发明的抗氧化涂层由高温原位生长形成，涂层厚度可控、组织结构均匀致密，具有优异抗高温氧化性能与抗裂纹能力，从而实现铌硅合金的高温热防护；同时，该涂层制备方法简单、成本低，能够实现大面积工业应用。

技术领域

本发明涉及金属表面工程技术领域，尤其是涉及一种用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层及其制备与应用。

背景技术

铌硅合金具有熔点高、密度低、高温力学性能优异以及可加工性能良好等优势，而成为替代镍基高温合金应用在1200℃以上航空航天发动机、武器推进器等高温结构热端部件的理想材料。然而，铌硅合金在高温氧化过程中形成的铌基氧化物不具保护性且易脱落，导致合金抗氧化性能较差，从而严重限制了铌硅合金在工程上的应用。高温防护涂层是目前公认的提升铌硅合金抗氧性能最切实可行的方法。在众多涂层之中，MoSi₂涂层具有高熔点、低密度，在高温氧化过程中表面能够形成连续致密并且具有自愈合功能的SiO₂保护膜,是铌硅合金表面高温防护的理想涂层材料。然而，MoSi₂涂层在应用过程中存在几个关键问题，导致其高温防护能力不足。第一，MoSi₂涂层韧性低，使用过程中易产生裂纹，削弱涂层的抗氧化性能；第二，SiO₂保护膜与MoSi₂涂层热膨胀系数差异较大，导致SiO₂保护膜中残余应力过高，在冷却过程容易发生剥落，从而失去抗氧化能力；第三，目前制备MoSi₂涂层的方法主要是先沉积Mo层，再高温包埋渗Si，该方法制备工艺复杂、涂层组织结构与厚度可控性低。综上，为了有效改善MoSi₂涂层的抗氧化性能，必须增加MoSi₂涂层的断裂韧性(提升抗裂纹能力)、降低MoSi₂涂层的热膨胀系数(降低SiO₂保护膜中的残余应力)以及发展工艺简单与涂层组织结构与厚度可控的涂层制备方法，最终实现铌硅合金在工程上的可靠应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层及其制备与应用。本发明的用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层(也简称为“抗氧化涂层”)包括铌硅合金表面的Mo₅Si₃-MoSi₂复相涂层以及原位分散于Mo₅Si₃-MoSi₂复相涂层中的微米SiO₂颗粒和纳米SiO₂颗粒。本发明的抗氧化涂层由高温原位生长形成，涂层厚度可控、组织结构均匀致密，具有优异抗高温氧化性能与抗裂纹能力，从而实现铌硅合金的高温热防护；同时，该涂层制备方法简单、成本低，能够实现大面积工业应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层，包括铌硅合金表面的Mo₅Si₃-MoSi₂复相涂层以及原位分散于Mo₅Si₃-MoSi₂复相涂层中的微米SiO₂颗粒和纳米SiO₂颗粒。

在本发明的一个实施方式中，所述用于铌硅合金表面高温防护的抗氧化涂层的厚度为150μm～300μm。