抗高溫材料用表面合金涂層復(fù)合材料、涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種抗高溫材料用表面合金涂層復(fù)合材料、涂層及其制備方法，其特征在于：所述表面合金涂層復(fù)合材料由具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬合金粉末和搪瓷粉制成，其成分配比為10-70wt%金屬合金粉末，搪瓷粉余量；所述金屬合金粉末選擇NiCrAlX、NiCrX和NiCoCrAlX中至少一種，其中X為鉿、鋯、稀土元素和混合稀土中至少一種，混合稀土可以為兩種或兩種以上稀土元素同時使用，或稀土元素與Na、K、Ca、Sr、Ba之一種或多種組合使用。所述表面合金涂層復(fù)合材料可以改善高溫合金基體的抗高溫氧化和熱腐蝕性能、斷裂韌性和抗熱震性能。采用該材料制備的熱防護(hù)涂層致密，連續(xù)，光滑，與高溫合金基體能形成至少部分冶金結(jié)合。
【專利說明】抗高溫材料用表面合金涂層復(fù)合材料、涂層及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬高溫防護(hù)領(lǐng)域，特別提供一種抗高溫材料零件用的表面合金涂層 復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 各種渦輪機(jī)，如蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，其熱端組件一般工作在惡劣環(huán)境中。這些惡 劣環(huán)境可以引起沖蝕、高溫氧化、熱腐蝕及其組合破壞。此外，熱疲勞還可引起組件開裂，長 時間運(yùn)行后進(jìn)一步導(dǎo)致組件斷裂。
[0003] 為了追求更高的發(fā)電效率和降低碳排放，渦輪機(jī)的工作溫度需要不斷提高。但工 作溫度的提高，應(yīng)提高熱端組件的耐熱性能。因此，高溫合金零件應(yīng)用時需要施加抗氧化和 耐熱腐蝕的包覆涂層、熱擴(kuò)散涂層或熱障涂層。在高溫合金熱端組件上的熱障涂層包括金 屬粘結(jié)層和陶瓷隔熱層。美國專利No. 6, 610, 420報道了一種熱障涂層的制備方法，他們在 高溫合金零件表面上先熱噴涂一層組分A和組分B組成的抗氧化層，然后熱噴涂一種組分C 的粘結(jié)層，最后熱噴涂一層陶瓷隔熱層，其中組分A和C為NiCrAlY合金，組分B為NiSiCr 合金。
[0004] 美國專利No. 5, 942, 334報道了一種MCrAlY抗氧化合金，可以提升陶瓷層的結(jié)合 力并防止基體高溫合金氧化。許多陶瓷材料被用做陶瓷層，特別是氧化釔或氧化鎂或其他 氧化物穩(wěn)定的氧化鋯。這些特定材料得到廣泛應(yīng)用的原因是他們可以通過等離子噴涂、火 焰噴涂和氣相沉積方法涂覆，且可降低熱輻射。為了達(dá)到隔熱的目的，熱障涂層必須具有低 熱導(dǎo)率，與基體結(jié)合良好，且能承受冷熱循環(huán)不剝落?？估錈嵫h(huán)剝落性能特別要求涂層材 料與基體材料的熱膨脹系數(shù)匹配性。因此，熱障涂層制備方法通常是先在高溫合金基體上 施加一層金屬粘結(jié)層，然后施加一層隔熱層。
[0005] 美國專利NO. 6, 475, 647B2和NO. 6, 475, 647B2等報道了致密的具有抗結(jié)焦性能的 NiCrAlY涂層的制備方法。在這些方法中，NiCrAlY涂層原料粉末被等離子體轉(zhuǎn)移電弧加 熱，通過防止粉末氧化的氬氣吹送到零件上。在涂層涂覆過程中，通過控制工藝參數(shù)，使零 件表面形成熔池，最終在零件上形成所需厚度的涂層?；w合金熔化會產(chǎn)生涂層稀釋，使涂 層的實(shí)際成分偏離原料成分，產(chǎn)生了位于基體和涂層之間的一個過渡區(qū)，其中包含一些彌 散分布的碳化物和氮化物。這些化合物是在乙烯爐中碳和氮高溫擴(kuò)散引起的，顯著降低了 涂層的剝落傾向。美國專利No. US2009/0098286A1報道了燃?xì)廨啓C(jī)中熱端金屬零件表面的 熱障涂層的熱噴涂方法。
[0006] 在燃?xì)廨啓C(jī)中鎳基高溫合金的傳統(tǒng)防護(hù)涂層分為兩種類型：熱擴(kuò)散鋁化物涂層和 物理氣相沉積或熱噴涂NiCrAlY涂層。這些涂層具有與高溫合金良好的兼容性。但當(dāng)涂層 中的有效組元Al因形成表面氧化膜和與基體間互擴(kuò)散而損耗后，涂層將失效。與之相反， 惰性氧化物涂層不會因涂層有效組元損耗而失效，但比上述鋁化物涂層和NiCrAlY涂層更 容易因涂層/基體熱膨脹系數(shù)不匹配而剝落失效。
[0007] 在合適條件下，釉質(zhì)或搪瓷涂層與許多金屬和合金有良好的結(jié)合力，這也是這類 涂層得到廣泛應(yīng)用的重要原因。通過控制母體玻璃的晶化制備得到的搪瓷-陶瓷材料，既 保留了搪瓷涂層的易用性，又結(jié)合了陶瓷晶體的一些特殊優(yōu)點(diǎn)。搪瓷-陶瓷材料可以具有 比原始搪瓷更好的力學(xué)強(qiáng)度和耐溫性，且使其熱膨脹系數(shù)可能被調(diào)節(jié)到與基體相匹配。已 證明SiO2-Al2O3-ZnO-CaO基搪瓷涂層具有對金屬間化合物良好的保護(hù)性。氧化鋁-搪瓷復(fù) 合涂層也被發(fā)現(xiàn)可用于鎳基合金，具有抗KKKTC高溫氧化和900°C熱腐蝕長期性能。但由 于搪瓷較高的本征脆性和裂紋敏感性，搪瓷或氧化鋁-搪瓷復(fù)合材料作為涂層材料存在一 個較大的弱點(diǎn)，即在冷熱循環(huán)條件下抗剝落性可能不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種抗高溫材料用表面合金涂層復(fù)合材料、涂層及其制備方法，所 述表面合金涂層復(fù)合材料可以改善高溫合金基體的抗高溫氧化和熱腐蝕性能、斷裂韌性和 抗熱震性能。采用該材料制備的熱防護(hù)涂層致密，連續(xù)，光滑，與高溫合金基體能形成至少 部分冶金結(jié)合。該表面合金涂層復(fù)合材料可以應(yīng)用于各種類型的渦輪機(jī)零件，如蒸汽輪機(jī) 和燃?xì)廨啓C(jī)的工作條件最惡劣的鎳基或鈷基高溫合金制靜子葉片和工作葉片。
[0009] 在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域，金屬相增強(qiáng)或四方相氧化鋯增強(qiáng)可以顯著提高搪瓷結(jié)構(gòu) 材料的斷裂韌性。本發(fā)明選擇斷裂韌性較好且抗高溫的面心立方結(jié)構(gòu)相作為搪瓷涂層的斷 裂韌性增強(qiáng)相，且面心立方相可部分用硬質(zhì)增強(qiáng)相替代，可以達(dá)到進(jìn)一步提高材料的裂紋 萌生應(yīng)力效果，提高抗熱震性能和軟化點(diǎn)，即提高高溫穩(wěn)定性。本發(fā)明的具體方案如下：
[0010] 本發(fā)明具體提供了一種抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在 于：
[0011] 所述表面合金涂層復(fù)合材料由具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬合金粉末和搪瓷粉制成， 其成分配比為10-70wt%金屬合金粉末，搪瓷粉余量；
[0012] 所述金屬合金粉末選擇NiCrAlX、NiCrX和NiCoCrAlX中至少一種，粒徑范圍為 0. I ii m-15 ii m,其中X為鉿、锫、稀土元素和混合稀土中至少一種，稀土元素為鑭、鋪、鐠、 釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥或鈧；混合稀土可以為兩種或兩種以上上述稀土 元素同時使用，或上述稀土元素與Na、K、Ca、Sr、Ba之一種或多種組合使用；
[0013] 所述金屬合金粉末中Cr含量為10wt%?40wt%，Al含量為0-30wt%，X含量為 0. lwt%-5wt%，且Cr、Al和X的總量占金屬合金粉末總重量的25wt%?45wt%，Co的含量不 高于Ni的含量，Ni余量。
[0014] 本發(fā)明所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于：所述表面 合金復(fù)合涂層材料中的金屬合金粉末可以部分被硬質(zhì)增強(qiáng)相所替代，所述硬質(zhì)增強(qiáng)相選擇 氧化鋁、石英、Zr02、Cr203、AIN、Si3N 4、BN、SiC中之一或其任意組合，其含量不大于合金涂層 復(fù)合材料重量的30wt%。
[0015] 本發(fā)明所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于：所述 硬質(zhì)增強(qiáng)相優(yōu)選氧化鋁或氮化鋁或二者組合，其含量范圍為合金涂層復(fù)合材料重量的 5wt%-30wt%〇
[0016] 本發(fā)明所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于：優(yōu)選金屬 合金粉末、搪瓷和氧化鋁顆粒，形成三元復(fù)合涂層材料，其中氧化鋁的含量占所述三元復(fù)合 涂層材料的5wt%-30wt%。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種由所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料制備的 涂層，其特征在于：所述涂層為金屬合金粉末或金屬合金粉末與硬質(zhì)增強(qiáng)相均勻分布于搪 瓷基體中，在高溫合金表面上形成的金屬合金-搪瓷涂層、金屬合金-搪瓷-硬質(zhì)增強(qiáng)相涂 層或金屬合金-搪瓷涂層與金屬合金-搪瓷-硬質(zhì)增強(qiáng)相涂層的組合涂層，其中搪瓷基體 的軟化點(diǎn)介于600°c?900°C，涂層熱膨脹系數(shù)范圍為7. OxKT6IT1-U. OxKT6K'
[0018] 本發(fā)明所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料制備的涂層厚度優(yōu)選為 10-100 u m〇
[0019] 本發(fā)明所述涂層的制備方法如下：將所需各種粉體材料混合均勻；將混合好的粉 體漿料噴涂于高溫材料零件表面；對噴涂好的零件進(jìn)行高溫處理，在零件表面形成致密、光 滑、連續(xù)的熱防護(hù)涂層，該涂層中具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬顆粒均勻分布于搪瓷母體中，至 少部分金屬顆粒能與基體材料表面發(fā)生界面反應(yīng)形成冶金結(jié)合。
[0020] 本發(fā)明所述涂層的制備方法，其特征在于：采用干式球磨方法混合各種粉體材 料；采用壓縮空氣噴涂的方法將混合好的粉體噴涂于高溫材料零件表面，噴涂壓力為 0. 2~0, 7MPa〇
[0021] 本發(fā)明所述涂層的制備方法，其特征在于：所述高溫處理為采用變速加熱方式； 首先以3°C /min加熱至150°C -250°c，在該溫度區(qū)間烘烤2h-4h以去除水分；然后以不低 于20°C /min的加熱速率加熱至處理溫度以避開搪瓷析晶溫度區(qū)；接著在處理溫度保溫 10min-60min，處理溫度為800-1KKTC ;最后將零件從加熱爐中取出，在靜止空氣中冷卻至 室溫。
[0022] 本發(fā)明所述涂層的制備方法，其特征在于：將混合好的粉體漿料噴涂到零件上之 前，先將零件預(yù)先在600°C _1000°C氧化5min-60min，使其表面形成一層厚度為0. 2-2 ii m的 氧化膜。
[0023] 本發(fā)明所述用于抗高溫材料的表面合金涂層復(fù)合材料的特性包括：優(yōu)異的抗高溫 氧化和熱腐蝕性能、可調(diào)節(jié)的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的斷裂韌性和改進(jìn)的抗熱震性能。由所述涂 層材料制備的涂層結(jié)合了搪瓷的抗腐蝕性能優(yōu)點(diǎn)和金屬合金的韌性優(yōu)點(diǎn)。涂層材料中的金 屬合金斷裂韌性增強(qiáng)相還對降低涂層/基體合金的熱膨脹系數(shù)差異起了重要作用，這對于 改善抗熱震性能具有重要意義。所述涂層材料中的硬質(zhì)增強(qiáng)相提高了涂層的硬度和強(qiáng)度， 進(jìn)而提高了涂層的裂紋萌生和擴(kuò)展應(yīng)力水平，從而改善了抗熱震性能。
[0024] 本發(fā)明所述涂層的制備方法中采用壓縮空氣噴涂，避免了使用等離子噴涂或真空 設(shè)備等昂貴的設(shè)備，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1.制備態(tài)的30wt%金屬合金韌性增強(qiáng)相_70wt%搪瓷的XRD圖譜，a相為Y-Ni/ Y ' -Ni3Al, b 相為 NiCr204。
[0026] 圖2.制備態(tài)和1000°C熱震后的10wt%金屬合金韌性增強(qiáng)相_70wt%搪瓷_20wt% 氧化鋁材料的XRD 譜，a: y/Y，，b: a -Al2O3, c:ZnAl204, d:Na(AlSi308)，e:K(AlSi308)，f:t-Z r02, g:NiCr204/ZnCr204〇
[0027] 圖3?搪瓷-NiCrLa材料的抗熱震性能(壓痕-水淬法）;PE，E10M，E20M，E30M分別 表示材料中含0, 10, 20, 30wt%金屬合金顆粒。
[0028] 圖4.多種搪瓷-金屬材料的1000°C熱震失重曲線。E20A，E30A表示材料中含 20, 30wt%氧化鋁硬質(zhì)增強(qiáng)相，E20A10M表示材料中含20wt%氧化鋁硬質(zhì)增強(qiáng)相和10wt%金 屬合金韌性增強(qiáng)相。
[0029] 圖5.純搪瓷材料和搪瓷-氧化鋁-合金材料的熱膨脹曲線，E20A10M表示材料中 含20wt%氧化鋁硬質(zhì)增強(qiáng)相和10wt%金屬合金韌性增強(qiáng)相。
[0030] 圖6.氧化鋁-搪瓷涂層和合金-搪瓷-三氧化鋁的KKKTC循環(huán)氧化曲線；E30A 表示材料中含30wt%氧化鋁硬質(zhì)增強(qiáng)相，E20A10M表示材料中含20wt%氧化鋁硬質(zhì)增強(qiáng)相 和10wt%金屬合金韌性增強(qiáng)相。
[0031] 圖7?多種搪瓷-金屬材料的熱膨脹系數(shù)；P，E5M，E10M，E15M，E20M，E25M和E30M分 別表示材料中含0, 5, 10, 15, 20, 25, 30wt%金屬合金韌性增強(qiáng)相。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 將搪瓷釉在瑪瑙罐內(nèi)球磨100h，形成粒徑小于5 m的釉粉。取140g釉粉與60g 的粒徑小于40 ii m的Ni-25Cr-5Al-lZr-0. 5La (wt%)合金粉末混合，干磨10h。將混合好的 粉體在15MPa下模壓制20min形成粉塊，然后從模具中取出粉塊，在250°C烘烤2h以去除水 分。以3°C /min加熱至590°C，繼而以20°C /min加熱，越過800-850°C溫度區(qū)間至設(shè)定燒 結(jié)溫度950°C，接著在950°C保溫30min，最后隨爐冷卻至室溫，得到一種面心立方高溫金屬 合金-搪瓷表面合金涂層復(fù)合材料。
[0034] 通過XRD衍射證明，涂層中的金屬合金為面心立方結(jié)構(gòu)的Y-Ni/Y ' -NI3Al,如 圖1所示。該復(fù)合材料的多項(xiàng)物理性能得到提高，熱膨脹系數(shù)為7xl(T6/°C，斷裂韌性為 2. 0MPa.m1/2,楊氏模量為81. lGPa。相比之下，純釉粉熱膨脹系數(shù)僅為5. 7xlO_6/°C，斷裂韌 性僅為1.0MPa.m1/2,楊氏模量僅為72GPa。這說明，該復(fù)合材料及相應(yīng)涂層所具有的良好抗 熱震性能，不僅僅是因?yàn)槠錈崤蛎浵禂?shù)的提高降低了熱應(yīng)力，斷裂韌性和楊氏模量的顯著 提高也通過提高材料裂紋萌生和擴(kuò)展應(yīng)力水平機(jī)制起了重要作用。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 將搪瓷釉在瑪瑙罐內(nèi)球磨100h，形成粒徑小于5 m的釉粉。取IOOg釉粉與40g 的粒徑小于40 ii m的Ni-25Cr-5Al-lZr-0. 5La (wt%)合金粉末和60g的粒徑7 ii m左右的三 氧化二鋁粉末混合，干磨l〇h。將混合好的粉體在15MPa下模壓制20min形成粉塊，然后從 模具中取出粉塊，在250°C烘烤2h以去除水分。以3°C /min加熱至590°C，繼而以20°C / min加熱，越過800-850°C溫度區(qū)間至設(shè)定燒結(jié)溫度950°C，接著在950°C保溫30min，最后隨 爐冷卻至室溫，得到一種面心立方高溫金屬合金-搪瓷-硬質(zhì)強(qiáng)化相表面合金涂層復(fù)合材 料。
[0037] 通過XRD衍射證明，該材料中金屬合金為面心立方結(jié)構(gòu)的Y -Ni/ Y ' -Ni3Al,并含 a -Al2O3 硬質(zhì)強(qiáng)化相，此外還有 ZnAl204、Na(AlSi308)、K (AlSi3O8)、t-Zr02 和 NiCr204、ZnCr204等反應(yīng)相，均為硬質(zhì)強(qiáng)化相，如圖2所示。該復(fù)合材料通過KKKTC熱震試驗(yàn)后沒有出現(xiàn)裂 紋，具有良好的抗熱震性能，且試驗(yàn)后材料仍含上述金屬合金相和硬質(zhì)強(qiáng)化相，具有良好的 結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性。
[0038] 實(shí)施例3
[0039] 將搪瓷釉在瑪瑙罐內(nèi)球磨100h，形成粒徑小于5pm的釉粉。分別取200g釉粉、 180g釉粉與20g的粒徑小于40 ii m的Ni-25Cr-0. 5La (wt%)合金粉末、160g釉粉與40g的 所述合金粉末、140g釉粉與60g的所述合金粉末，分別干磨10h。將上述粉體在15MPa下分 別模壓制20min形成粉塊，然后從模具中取出粉塊，在250°C烘烤2h以去除水分。以:TC / min加熱至590°C，繼而以20°C /min加熱，越過800-850°C溫度區(qū)間至設(shè)定燒結(jié)溫度950°C， 接著在950°C保溫30min，最后隨爐冷卻至室溫，得到1種純搪瓷材料和3種面心立方高溫 金屬合金-搪瓷復(fù)合材料。
[0040] 對試樣進(jìn)行壓痕-水淬法試驗(yàn)（圖3)，即用顯微硬度計金剛石壓頭在試樣拋光表 面預(yù)制1-4 y m微裂紋，然后將試樣加熱到試驗(yàn)溫度，保溫30min，在25°C去離子水中快冷， 觀察裂紋擴(kuò)展情況。壓痕-水淬法試驗(yàn)結(jié)果表明，材料的裂紋擴(kuò)展曲線隨材料中的面心立 方金屬合金顆粒的含量提高而向右下方移動，即隨合金顆粒含量提高，材料的韌性顯著增 強(qiáng)。當(dāng)金屬相達(dá)到30wt%時，裂紋不再隨保溫溫度-水淬溫度差增大而無限擴(kuò)展，擴(kuò)展到最 長約IOOum后即停止。熱震試驗(yàn)后，檢測到裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋接和合金-搪瓷界面開裂機(jī) 制，說明高韌性的面心立方鎳基金屬合金顆粒，因其含稀土活性元素，與搪瓷母體有良好的 浸潤性和結(jié)合力，對于提高抗熱震性能具有重要影響。
[0041] 實(shí)施例4
[0042] 將搪瓷釉在瑪瑙罐內(nèi)球磨100h，形成粒徑小于5 m的釉粉。分別取160g釉粉與 40g 的粒徑小于 40 ii m 的 Ni-20C〇-25Cr-5Al-0. 3Ce-0. 5La-0. 2Dy (wt%)合金粉末、160g 釉 粉與60g的所述合金粉末、160g釉粉與20g的所述合金粉末及60g的粒徑7 ii m左右的三氧 化二鋁粉末，分別干磨l〇h。選擇鎳基高溫合金K38G為基體，其化學(xué)成分如表1所示，其熱 膨脹系數(shù)為ISxKT6K'
[0043] 將料漿噴涂到基體上之前，先將零件預(yù)先在850°C氧化5min，使其表面形成一層 薄的氧化膜，該氧化膜為非晶態(tài)，有利于與無定型搪瓷釉的結(jié)合。將3種粉體材料分別與無 水乙醇形成料漿，僅用超聲波振動使粉體均勻分散，不用任何分散劑；在室溫大氣環(huán)境中， 將料漿分別噴涂到高溫合金K38G薄板零件上，該零件尺寸為100 X 20 X 2mm，然后將零件在 250°C烘烤15min，最后在950°C處理10min，使零件表面形成厚度約30iim的涂層。對零件 進(jìn)行1000°C保溫30min-25°C去離子水冷卻的熱震試驗(yàn)。試驗(yàn)得到的零件質(zhì)量變化曲線如 圖4所示，說明涂層具有良好的抗熱震性能，特別是合金-搪瓷-三氧化二鋁涂層試樣，沒 有出現(xiàn)任何剝落，其他試樣剝落情況也遠(yuǎn)優(yōu)于純搪瓷涂層情況。純搪瓷涂層試樣在制備后 就出現(xiàn)了 50%面積剝落，剩余涂層僅熱震1次就完全剝落。
[0044] 表1高溫合金K38G化學(xué)成分（wt%)

【權(quán)利要求】
1. 一種抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于： 所述表面合金涂層復(fù)合材料由具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬合金粉末和搪瓷粉制成，其成 分配比為10-70wt%金屬合金粉末，搪瓷粉余量； 所述金屬合金粉末選擇NiCrAlX、NiCrX和NiCoCrAlX中至少一種，粒徑范圍為 0. 1 U m一15 ii m,其中X為鉿、锫、稀土元素和混合稀土中至少一種，稀土元素為鑭、鋪、鐠、 釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥或鈧；混合稀土可以為兩種或兩種以上上述稀土 元素同時使用，或上述稀土元素與Na、K、Ca、Sr、Ba之一種或多種組合使用； 所述金屬合金粉末中Cr含量為10wt%?40wt%，A1含量為0-30wt%，X含量為 0. lwt%-5wt%，且Cr、Al和X的總量占金屬合金粉末總重量的25wt%?45wt%，Co的含量不 高于Ni的含量，Ni余量。
2. 按照權(quán)利要求1所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于：所 述表面合金涂層復(fù)合材料中的金屬合金粉末可以部分被硬質(zhì)增強(qiáng)相所替代，所述硬質(zhì)增強(qiáng) 相選擇氧化鋁、石英、Zr02、Cr203、AIN、Si3N 4、BN、SiC中之一或其任意組合，其含量不大于合 金涂層復(fù)合材料重量的30wt%。
3. 按照權(quán)利要求2所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于：所 述硬質(zhì)增強(qiáng)相選自氧化鋁或氮化鋁或二者組合，其含量范圍為合金涂層復(fù)合材料重量的 5wt%-30wt%〇
4. 按照權(quán)利要求2或3所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料，其特征在于：選用金屬合金粉末、搪瓷和氧化鋁顆粒，形成三元復(fù)合涂層材料，其中氧化鋁的含量占所 述三元復(fù)合涂層材料的5wt%-30wt%。
5. -種由權(quán)利要求1或2所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料制備的涂 層，其特征在于：所述涂層為金屬合金粉末或金屬合金粉末與硬質(zhì)增強(qiáng)相均勻分布于搪瓷 基體中，在高溫合金表面上形成的金屬合金-搪瓷涂層、金屬合金-搪瓷-硬質(zhì)增強(qiáng)相涂層 或金屬合金-搪瓷涂層與金屬合金_搪瓷-硬質(zhì)增強(qiáng)相涂層的組合涂層，其中搪瓷基體的 軟化點(diǎn)介于600°C?900°C，涂層熱膨脹系數(shù)范圍為7. OxlOl-1。
6. 按照權(quán)利要求5所述抗高溫材料零件用的表面合金涂層復(fù)合材料制備的涂層，其特 征在于：所述涂層厚度為10-100 um。
7. -種權(quán)利要求5所述涂層的制備方法，其特征在于，制備過程為：將所需各種粉體材 料混合均勻；將混合好的粉體漿料噴涂于高溫材料零件表面；對噴涂好的零件進(jìn)行高溫處 理，在零件表面形成致密、光滑、連續(xù)的熱防護(hù)涂層，該涂層中具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬顆 粒均勻分布于搪瓷母體中，至少部分金屬顆粒能與基體材料表面發(fā)生界面反應(yīng)形成冶金結(jié) 合。
8. 按照權(quán)利要求7所述涂層的制備方法，其特征在于：采用干式球磨方法混合各種粉 體材料；采用壓縮空氣噴涂的方法將混合好的粉體噴涂于高溫材料零件表面，噴涂壓力為 0. 2~0, 7MPa〇
9. 按照權(quán)利要求7所述涂層的制備方法，其特征在于：所述高溫處理為采用變速加熱 方式；首先以3°C /min加熱至150°C _250°C，在該溫度區(qū)間烘烤2h-4h以去除水分；然后以 不低于20°C /min的加熱速率加熱至處理溫度以避開搪瓷析晶溫度區(qū)；接著在處理溫度保 溫10min-60min，處理溫度為800-1KKTC ;最后將零件從加熱爐中取出，在靜止空氣中冷卻 至室溫。
10.按照權(quán)利要求7所述涂層的制備方法，其特征在于：將混合好的粉體漿料噴涂到 零件上之前，先將零件預(yù)先在60(TC -KKKTC氧化5min-60min，使其表面形成一層厚度為 0. 2-2 iim的氧化膜。
【文檔編號】C23C28/00GK104451655SQ201310419123
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】王福會, 朱圣龍, 陳明輝, 沈明禮, 王成 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所