專利名稱：銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法
技術領域：
本發(fā)明提供一禾中高溫抗氧化涂層的制備方法，具體地說，是高溫合金及難熔金 屬用銥鋁涂層的制備方法，屬于表面技術領域。
背景技術：
在現(xiàn)代能源工業(yè)和航空航天工業(yè)等領域，高溫合金及難熔金屬是不可缺少的重 要材料。當今，高溫合金及難熔金屬已廣泛應用于各種燃氣渦輪機及各種航天器、 火箭發(fā)動機、核反應堆、潛艇、火力發(fā)電廠、石油化工設備等方面。為保證這些部 件在使用過程中具有一定的使用壽命，必須使其同時滿足充分的機械強度和良好的 抗高溫氧化及熱腐蝕性能，但是高溫合金及難熔金屬通常難以同時滿足上述全部性 能要求。通常在其表面制備一層高溫涂層以彌補高溫合金及難熔金屬抗高溫腐蝕性 能的不足，因此，高溫防護涂層越來越被人們所重視。
自上世紀60年代起，高纟顯防護涂層技術得到迅速發(fā)展。鋁在合金表面形成的
氧化鋁膜致密粘附性好，且在高溫時很穩(wěn)定，因此鋁化物涂層較早應用于工業(yè)。 工業(yè)中常用的鎳基高溫合金的鋁化物涂層主要由鎳與鋁的化合物組成，鋁化物涂層 大多通過滲鋁得到。根據擴散方式，又可將滲鋁分成兩種類型，向外生長型和向內 生長型。但由于鎳鋁相涂層脆塑轉變溫度高、脆性大、易開裂剝落、涂層/基體易 發(fā)生互擴散、富鎳的鎳鋁相易發(fā)生馬氏體相變以及不耐硫化和熱腐蝕等缺點，人們 進一步發(fā)展了鉑族金屬鋁化物涂層。目前在發(fā)達國家如美國、英國及法國等，鉑鋁
涂層現(xiàn)己廣泛應用于航空工業(yè)。關于鉑鋁涂層的想法首先于1961年被C即e提出， 目前，已發(fā)展了涂層的多種制備方法。鉑鋁涂層的制備通常是首先通過電鍍、熔鹽 鍍、物理氣相沉積等方法在合金表面上沉積一定厚度的鉑層，其中電鍍是制備鉬層 最常見的技術，通常在電鍍鉬層后均需在高溫下OIOO(TC)下進行預擴散處理以 增強鉑層與基體的結合力；隨后用粉末包埋法、料漿法滲鋁及化學氣相沉積法等方法進行滲鋁得到鉑鋁涂層。我國對鉑鋁涂層材料的基礎研究僅始于上世紀90年代 初，目前仍然處于試制階段，尚未形成商業(yè)化生產。
而同時目前，國際上對其他銷族金屬鋁化物涂層如高性能的銥鋁高溫抗氧化涂 層材料的開發(fā)應用尚為空白，這嚴重地制約了高溫合金研究的發(fā)展。
檢索大量文獻資料后，至今未見有銥鋁涂層制備技術的報道。涂層的結構、成 分和表面狀態(tài)與涂層的性能密切相關。而我們知道，銥具有最小的氧滲透性，因此
銥是一種有效的氧擴散障涂層，但是溫度超過1390K后，其表面容易形成氣態(tài)氧化 物，通過滲鋁，形成銥鋁涂層是一種有效提高其抗氧化性防止形成氧化銥的有效方 法。因此，在高溫合金及難熔金屬表面制備一層銥鋁涂層用以提高金屬的高 顯抗氧 化能力無疑有重要的應用前景。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種銥鋁涂層的制備方法，該涂層與基體結合強度高， 可廣泛用于各種高溫合金及難熔金屬，可有效提高高溫合金及難熔金屬的使用壽 命，使高溫合金及難熔金屬具有優(yōu)越的耐冷、熱沖擊性能及高溫抗氧化能力。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是，首先對高溫合金及難熔金屬基 體進行表面處理及化學處理；其次在清洗后的合金表面通過電鍍或者化學氣相沉積 方法得到一層厚度約為0. 5 10微米的純銥；最后在一定纟顯度下進行粉末包埋法滲 鋁或者化學得到銥鋁涂層。
其制備過程按下列步驟進行
(1) 高纟顯合金或難熔金屬首先進行表面處理，隨后放入一定濃度的鹽酸中，
約1 5 min后取出，二次蒸餾水中清洗并烘干。
(2) 將步驟(l)中處理好的高溫合金或難熔金屬進行熔鹽電鍍，電鍍銥厚度 為0. 5 10微米；或者將步驟(l)中處理好的高溫合金或難熔金屬放置于化學氣相沉 積室，通過輸運氣j桐各乙酰丙酮銥蒸氣輸運至已被加熱的鉬基體表面，乙酰丙酮銥 發(fā)生熱分解反應而使銥在鉬基體表面沉積下來，得到銀色銥涂層，銥厚度也為0. 5 10微米。
(3)將歩驟(2)所獲得的試樣進行粉末包埋滲鋁處理，滲劑組由鋁粉、氧化鋁粉 及氯化銨組成。首先將試樣埋入裝有滲劑的容器中，隨后將該滲鋁容器放置于高》顯 電阻爐中，通入氬氣并將電阻爐加熱到550 110(rC，通過控制保溫時間可實現(xiàn)在高 溫合金或難熔金屬表面制備不同厚度的銥鋁涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點是，首先本發(fā)明中采用的銥鍍層/沉積層工藝有效改善了銥層的 均勻性，提高了銥與基體之間的結合力；對任何形狀的構件均可進行電鍍/沉積， 電鍍/沉積銥厚度可控；其次本發(fā)明所獲得的銥鋁涂層最表面成分為銥鋁金屬間化 合物相，其結構可根據工藝參數調整而有所變化，表面致密，有效提高了涂層與基 體的結合力，延長了涂層壽命，同時涂層厚度亦可控。本涂層可廣泛用于各種高溫 合金或難熔金屬，制備方法簡便，可進行連續(xù)性的工業(yè)化生產。


圖1為銥鋁涂層涂層的X射線衍射圖譜。 圖2為銥鋁涂層涂層的的截面二次電子相。
具體實施例方式
實施例在難熔金屬-錸基體上進行，在其表面制備高溫抗氧化、耐冷、熱沖擊 及與基體結合力強的銥鋁涂層涂層。結合圖1 2對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步 描述。 實施例
難熔金屬-錸首先進行表面處理，放入濃度為1 10 M的鹽酸中，約1 5 min后取 出，二次蒸餾水中清洗并烘干。將處理好的高溫合金進行熔鹽電鍍或者化學氣相沉 積銥。熔鹽電鍍的電解質由70%的氰化鈉、30%的氰化鉀及適量的添加劑(0. 5 15/L) 組成，電鍍溫度30(T70(TC，電鍍過程中采用氬氣保護?；瘜W氣相沉積銥采用輸運 氣體將乙酰丙酮銥蒸氣輸運至已被加熱的鉬基體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應 而使銥在鉬基體表面沉積下來，得到銀色銥薄膜。通入的氧氣與乙酰丙酮銥分解產
5生的碳反應生成一氧化碳或二氧化碳，反應的氣相產物不斷被真空泵排出沉積室。
基體加熱溫度的變化范圍是30(Tl00(rC，沉積時間0.5 20 h;其他參數(如乙酰丙
酮銥的加熱溫度、氧氣流量、氬氣流量以及沉積室壓力等)確定一合適值并保持不變。隨后將所獲得的試樣進行粉末包埋滲鋁處理，滲劑劑由鋁粉、氧化鋁粉及氯化
銨組成，滲鋁劑的成分按重量百分比為1 12%鋁，75~84%氧化鋁粉及4-24%氯化銨，將其混合均勻。將試樣埋入裝有滲劑的容器中，隨后將該滲鋁容器放置于高溫電阻爐中，通入氬氣并將電阻爐加熱到55(TllO(rC，保溫1 20小時。所得到的涂層XRD譜線如圖l所示，可見該條件下得到的銥鋁金屬間化合物為IrAl。圖2為銥鋁涂層的的截面二次電子相，可見涂層厚度均勻，平均厚度為6.8 Mm左右。
所得到的銥鋁涂層在1000。C保溫2 min，迅速快冷至室溫，循環(huán)50次表面無裂紋產生(放大10(T2000倍觀察)；在液氮中放置2 min，迅速加溫至室溫，循環(huán)50次表面無裂紋產生(放大10(T2000倍觀察)。120度彎曲樣品表明，涂層與基體保持良好結合，表面無崩裂現(xiàn)象。
權利要求
1、一種銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于按下列步驟進行(1)高溫合金或難熔金屬首先進行表面處理，放入鹽酸中，1～5min后取出，用二次蒸餾水中清洗并烘干；(2)將步驟(1)中處理好的高溫合金或難熔金屬進行熔鹽電鍍或者化學氣相沉積銥，熔鹽電鍍過程中采用氬氣保護；(3)將步驟(2)所獲得的試樣進行粉末包埋滲鋁處理，首先將試樣埋入裝有滲鋁劑的容器中，隨后將該滲鋁容器放置于高溫電阻爐中，通入氬氣并將電阻爐加熱到550～1100℃，保溫，在高溫合金或難熔金屬表面制備銥鋁涂層。
2、 根據權利要求1所述的銥鋁高纟顯抗氧化涂層的制備方法，其特征在于所述的鹽酸濃度為1~10M。
3、 根據權利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于熔鹽電鍍的電解質由70%的氰化鈉、30%的氰化鉀及適量的添加劑(0.5 15/L)組成，電鍍溫度300 700°C ，電鍍過程中采用氬氣保護。
4、 根據權利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于化學氣相沉積銥采用用輸運氣懶每乙酰丙酮銥蒸氣輸運至已被加熱的鉬基體表面，乙酰丙酮銥發(fā)生熱分解反應而使銥在鉬基體表面沉積下來，得到,艮色銥薄膜。
5、 根據權利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于化學氣相沉積時通入的氣體與乙酰丙酮銥分解產生的碳反應生成一氧化碳或二氧化碳，反應的氣相產物不斷被真空泵排出沉積室?；w加熱溫度的變化范圍是300 1000°C ，沉積時間0.5~20 h。
6、 根據權利要求1所述的銥鋁高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，所述的滲鋁劑是由鋁粉、氧化鋁粉及氯化銨組成，滲鋁劑的成分按重量百分比為1 12%鋁，75 84%氧化鋁粉及4-24%氯化銨，將其混合均勻。
7、根據權利要求1所述的銥鋁高纟顯抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，涂層最表面成分為銥鋁金屬間化合物相，其結構可根據工藝參數調整而有所變化，涂層表面致密，與基體具有良好結合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銥鋁涂層的制備方法。其制備方法是，首先對高溫合金或難熔金屬基體進行表面清洗及化學處理；其次在清洗后的合金表面電鍍或者化學氣相沉積一層厚度約為0.5-10微米的純銥；最后在一定溫度下進行粉末包埋滲鋁得到銥鋁涂層。該涂層與基體結合強度高，可廣泛用于各種高溫合金或難熔金屬，有效提高其使用壽命，使高溫合金或難熔金屬具有優(yōu)越的耐冷、熱沖擊性能及高溫抗氧化能力。
文檔編號C23C28/02GK101497998SQ200910094228
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權日2009年3月16日
發(fā)明者張俊敏, 李艷瓊, 管偉明, 胡昌義, 明 聞 申請人:昆明貴金屬研究所