本發(fā)明涉及一種鎳基合金表面抗氧化耐燒蝕涂層及其制備方法；屬于高溫抗氧化涂層技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

燃氣渦輪發(fā)動機工作溫度不斷提高，要求高溫合金必需具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，同時又要具備良好的抗高溫氧化及耐燒蝕性能。為了提高合金的高溫強度，一般在合金中添加Mo、W、V等固溶強化型合金元素，減少Cr、Al等能提高抗高溫腐蝕性能的合金元素，因此要同時兼顧優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和良好的抗熱腐蝕性能是比較困難的。在保證優(yōu)異力學(xué)性能的情況下，施加防護涂層是改善高溫合金抗高溫腐蝕性能的有效途徑。

目前能承受高溫以及高速富氧燃氣沖刷的涂層在相關(guān)文獻中還未見報道。

針對這種情況，本發(fā)明提供一種能在1000℃左右正常使用的鎳基合金抗氧化耐燒蝕涂層及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，所述涂層的基底金屬為合金，所述涂層材料為玻璃搪瓷涂層，所述玻璃搪瓷涂層以質(zhì)量百分比計包括下述組分：

搪瓷玻璃料 80-95％、優(yōu)選為85-95％、進一步優(yōu)選為85-93％，

黏土 3-10％、優(yōu)選為4-8％、進一步優(yōu)選為5-8％，

Cr₂O₃ 1-12％、優(yōu)選為2-10％、進一步優(yōu)選為2-8％，

上述各組分的質(zhì)量百分數(shù)之和為100％；

所述搪瓷玻璃料以質(zhì)量百分比計包括下述組分：

上述玻璃料的各組分的質(zhì)量百分數(shù)之和為100％。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，所述的玻璃搪瓷涂層的厚度為5-100μm。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法，包括下述步驟：

步驟一

按質(zhì)量百分比，SiO₂ 30-65％，CaO 10-35％，Al₂O₃ 10-30％，BaO 5-20％，B₂O₃ 3-18％，MgO 1-12％，Co₂O₃ 1-5％；分別配取各組分粉料，再將粉料混合均勻，1300-1600℃高溫熔燒水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料；

步驟二

再按質(zhì)量比，搪瓷玻璃料80-95％，黏土3-10％，Cr₂O₃ 1-12％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃、然后將配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃混合球磨后制備獲得水性漿料；將該漿料涂覆在鎳基合金表面后低溫干燥固化，然后將樣品在1000-1300℃、優(yōu)選為1050-1200℃燒制30-60分鐘，制得高溫抗氧化搪瓷涂層。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法，所述搪瓷玻璃料的粒度為0.5-20微米。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法；所述黏土為化學(xué)純或者分析純。

本發(fā)明一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層的制備方法；所述Cr₂O₃為化學(xué)純或者分析純。

在實際操作過程中，作為基底用的鎳基合金材料通過下述預(yù)處理：

將根據(jù)實際需要選取的鎳基合金材料，加工成所需形狀后，先進行噴砂處理，然后用超聲波清洗，清洗后放置于干燥箱內(nèi)80-160℃保溫12-24小時，烘干后得到干燥清潔的基底。

原理和優(yōu)勢：

本發(fā)明的玻璃搪瓷涂層以獨特的組成可以阻擋氧氣和鎳基合金基底的接觸，防止氧化，在800-1100℃的溫度下，該玻璃涂層具有部分自愈合功能，能愈合涂層中產(chǎn)生的微孔和微裂紋，從而有效阻止氧分子的侵蝕，具有良好的抗氧化性；同時玻璃搪瓷涂層本身具有優(yōu)異的耐燒蝕性能，通過將基體金屬與燒蝕氣體的物理隔離，對鎳基合金基體起到保護作用。

本發(fā)明通過嚴格控制涂層的組分以及制備工藝，使得本發(fā)明所制備的成品具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和抗熱震性能，可以經(jīng)受50次反復(fù)熱震，涂層無脫落。

本發(fā)明在制備玻璃搪瓷涂層時，采用的是涂覆作業(yè)方式，涂覆作業(yè)方式適合復(fù)雜大型構(gòu)件內(nèi)外表面涂層的制備，可在最大程度上保證工藝的穩(wěn)定性、涂層的均勻性和完整性。該涂層制備工藝簡單，操作方便，可實現(xiàn)大面積無形狀限制的工業(yè)化生產(chǎn)。制備過程中沒有有毒和/或刺激性氣體產(chǎn)生，有利于環(huán)境及施工人員的保護。

本發(fā)明所設(shè)計和制備的涂層能承受1000℃、流速為1000m/s的高溫富氧燃氣的沖刷。

附圖說明

附圖1為實施例1所制備涂層樣品熱震前后宏觀形貌；

附圖2為實施例1和對比例所得涂層樣品的氧化動力學(xué)曲線；

附圖3為實施例1所得涂層樣品中涂層與基體的界面放大圖；

圖1中，圖1(a)為熱震前涂層樣品的宏觀形貌，圖1(b)為熱震后50次后涂層樣品的宏觀形貌；從圖1中可以看出涂層經(jīng)50次熱震后無崩落掉瓷現(xiàn)象，具有較好的抗熱震性能。

從圖2中兩條曲線分別為無涂層的鎳基合金基體氧化動力學(xué)曲線，和實施例1所得涂層樣品的鎳基合金基體氧化動力學(xué)曲線；從圖中可以看出，玻璃搪瓷涂層對鎳基合金基體起到了有效的抗氧化保護效果。

從圖3中可以看出涂層與基體金屬結(jié)合緊密，無裂縫、空洞等缺陷。

具體實施方式

實施例1

步驟一

按質(zhì)量百分比，SiO₂ 45％，CaO 20％，Al₂O₃ 15％，BaO10％，B₂O₃ 5％，MgO 3％，Co₂O₃ 2％；分別配取各組分粉料，再將粉料混合均勻，1600℃高溫熔燒水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料，搪瓷玻璃料的平均粒度為10μm微米；

步驟二

再按質(zhì)量比，搪瓷玻璃料90％，黏土4％，Cr₂O₃ 6％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃、然后將配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr₂O₃混合球磨后制備獲得水性漿料；將該漿料涂覆在鎳基合金表面后低溫干燥固化，然后將樣品在1200℃、燒制30分鐘，制得高溫抗氧化搪瓷涂層(涂層厚度32.8微米，見圖3)。所得高溫抗氧化搪瓷涂層經(jīng)反復(fù)熱震50次熱震后無崩落掉瓷現(xiàn)象(見圖1)。所得高溫抗氧化搪瓷涂層在1000m/s的高壓富氧燃氣沖刷后，涂層無脫落；所述涂層氧化100h，其氧化動力學(xué)曲線如圖2所示。