一種單相鉑改性鋁化物涂層及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫防護(hù)涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單相鉬改性鋁化物涂層及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種具有良好抗氧化、抗熱腐蝕性能的鉬改性鋁化物涂層，已被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等耐熱部件的防護(hù)，它既可以單獨(dú)使用，也可以作為粘接層(bond coat)與表面陶瓷層(如Y2O3穩(wěn)定ZrO2) 一起構(gòu)成熱障涂層(TBCs, BP thermalbarrier coatings)體系,來(lái)提高部件的抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能,延長(zhǎng)部件的服役壽命。相關(guān)應(yīng)用的文獻(xiàn)如:①中國(guó)發(fā)明專利，Pt+Si改性的β -NiAl熱障涂層及其制備方法，申請(qǐng)?zhí)?01210078703.7 中國(guó)發(fā)明專利，用于隔熱涂層的經(jīng)鉬改性的NiCoCrAlY結(jié)合涂層，申請(qǐng)?zhí)?00610169095.5 中國(guó)發(fā)明專利，一種防護(hù)涂層，申請(qǐng)?zhí)?00410003852.2等。
[0003]對(duì)于高溫合金及高溫防護(hù)涂層部件，其抗氧化性能主要依靠:(I) 一層致密并且生長(zhǎng)緩慢的Al2O3膜，阻止元素的內(nèi)外擴(kuò)散；(2)氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷涂層來(lái)降低粘結(jié)層表面的溫度。但是由于Al2O3膜和陶瓷涂層很脆，粘結(jié)層涂層在使用過(guò)程中表面出現(xiàn)的褶皺起伏很容易導(dǎo)致Al2O3膜和陶瓷涂層脫落，因此抑制粘結(jié)層在高溫過(guò)程中的表面褶皺可以提高TBCs涂層的使用壽命。
[0004]鉬改性鋁化物涂層中常見的金屬間化合物有β-(Ni，Pt)Al，Y ' _(Ni，Pt)3Al以及PtAl2等，Y' -(Ni，Pt) 3A1中Al含量太低而不能長(zhǎng)時(shí)間維持生成單一的Al2O3膜，而PtAl2太脆，容易剝落，并且結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易在高溫氧化過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)棣?- (Ni，Pt) Al，相變引起涂層體積變化從而導(dǎo)致表面褶皺，最終導(dǎo)致Al2O3膜和陶瓷涂層脫落。而3_(Ni，Pt)Al是理想的涂層存在相，其具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和較高的Pt、Al固溶度，適合作為TBCs系統(tǒng)的連接層，因此如何制備出單一相的β -(Ni，Pt)Al涂層成為延長(zhǎng)高溫防護(hù)涂層服役時(shí)間的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了延長(zhǎng)TBCs熱障涂層的服役時(shí)間，本發(fā)明的目的在于提供一種單相鉬改性鋁化物涂層及其制備工藝。本發(fā)明涂層中僅含有穩(wěn)定的β-(Ni，Pt)Al單相組織，在保證涂層熱穩(wěn)定性的同時(shí)提供了足夠含量的鋁和鉬元素。因此可以防止由于相變體積變化導(dǎo)致的涂層表面褶皺，提高TBCs熱障的涂層的使用壽命。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種單相鉬改性鋁化物涂層，該涂層為β-(Ni，Pt)Al單相涂層，Pt、Al和Ni元素在β-(Ni，Pt)Al相中均勻分布，其中:A1元素含量為30-40wt%，Pt元素含量為20-30wt%, Ni 元素含量為 30-40wt%。
[0008]所述單相鉬改性鋁化物涂層制備過(guò)程為:首先在基體上沉積鉬元素以形成鍍鉬基底層，然后在所述鍍鉬基底層上沉積Al元素，最終獲得單相鉬改性鋁化物涂層；具體包括如下步驟:
[0009](I)通過(guò)電鍍將Pt沉積在基體上形成鍍鉬基底層；所述鍍鉬基底層的厚度為1-15 μ m0
[0010](2)在鍍鉬基底層上面沉積Al元素形成含有i3-(Ni，Pt)Al單相或者含有β - (Ni，Pt) Al和PtAl2雙相的涂層，雙相涂層中的PtAl2通過(guò)熱處理手段消除后，形成僅含有β-(Ni, Pt)Al的單相涂層。
[0011]步驟(I)中，所述電鍍工藝采用的鍍液組成為:鉬含量為6-10g/L的二亞硝基二氨鉬((NH3) 2Pt (NO2) 2)，20-65g/L的氨基磺酸(NH2SO3H)，lg/L的十二烷基二甲基添加劑，其余為水；鍍液PH值為1-5，鍍液溫度為60-90°C，電鍍電流密度為l-10A/dm2，電鍍時(shí)間為10分鐘到2h。
[0012]對(duì)步驟⑴所得鍍鉬基底層進(jìn)行熱處理后，再進(jìn)行步驟(2);所述熱處理溫度為1000-1100°c，熱處理時(shí)間為1-3小時(shí)。熱處理之后鍍鉬基底層為Y (Ni，Pt)和Y ’ (Ni1Pt)3Al ;熱處理后的鍍鉬基底層中Pt含量為85-95wt%, Ni含量為10-20wt%, Al含量為l_10wt%。
[0013]步驟(2)中，鋁元素的沉積采用固體粉末包埋技術(shù)或低真空氣相沉積技術(shù)；固體粉末包埋技術(shù)中鍍鉬基底層包埋在固體粉末中，低真空氣相沉積技術(shù)中鍍鉬基底層懸掛在固體粉末之上。所述固體粉末包括惰性劑、活化劑和滲鋁源，其中:惰性劑為0-50wt%，活化劑為l_6wt%，滲鋁源余量；所述惰性劑為氧化鋁粉，活化劑為氯化銨，滲鋁源為鐵鋁合金粉。
[0014]步驟⑵中，鋁元素的沉積過(guò)程中(滲鋁)，溫度900-1100°C，時(shí)間3-6小時(shí)；滲鋁之后形成僅含有β-(Ni，Pt)Al單相的涂層，或者形成含有β-(Ni，Pt)Al和PtAl2雙相的涂層。
[0015]滲鋁后形成的雙相涂層經(jīng)熱處理獲得僅含有β-(Ni，Pt)Al單一相的所述單相鉬改性鋁化物涂層；熱處理溫度1000-1200°C，熱處理時(shí)間1-4小時(shí)；或者，熱處理溫度800-900°C，熱處理時(shí)間15-25小時(shí)。
[0016]本發(fā)明單相鉬改性鋁化物涂層與傳統(tǒng)的含有PtAl2涂層相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.本發(fā)明通過(guò)電鍍與擴(kuò)散滲鋁結(jié)合的方法，制備單相鉬改性鋁化物涂層，涂層中僅含有i3_(Ni，Pt)Al單相，鉬鋁鎳元素在β-(Ni，Pt) Al相中均勻分布，涂層中不含PtAl2相，由于PtAl2相較脆，在高溫使用過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)變成為β -NiAl相，其相變引起的體積變化會(huì)引起表面褶皺而導(dǎo)致TBC的脫落，而本發(fā)明單相β -NiAl涂層中不含有PtAl2相，因此可以改善高溫下TBC的抗循環(huán)氧化壽命。
[0018]2.本發(fā)明涂層韌性較含有PtAl2涂層要好。
[0019]3.本發(fā)明i3_(Ni，Pt)Al結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，鉬元素和鋁元素在其中溶解度范圍較寬，不易發(fā)生相變。
[0020]4.本發(fā)明熔點(diǎn)較高，可以提供足夠的鋁元素形成Al2O3膜，抗高溫性能良好。
[0021]5.本發(fā)明鉬層沉積速度快，I小時(shí)可以沉積10 μ m以上。
[0022]6.本發(fā)明涂層可以用作TBC的粘結(jié)涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是實(shí)施例2分別電鍍10min、20min和40min后所得鍍鉬基底層在熱處理之后的XRD圖譜；圖中:(a)電鍍1min ； (b)電鍍20min ； (c)電鍍40min。
[0024]圖2是實(shí)施例2分別電鍍10min、20min和40min后所得鍍鉬基底層再經(jīng)熱處理和滲鋁之后的XRD圖譜；圖中:(a)電鍍1min ； (b)電鍍20min ； (c)電鍍40min。
[0025]圖3是實(shí)施例2分別電鍍10min、20min和40min后所得鍍鉬基底層在滲鋁并進(jìn)行了后熱處理之后的XRD圖譜。
[0026]圖4是1100°C N1-Al-Pt相圖的一部分，該圖顯示了本發(fā)明單相β-(Ni，Pt)Al合金組分的實(shí)施方式。
[0027]圖5是顯示DD5高溫合金基底上β-(Ni，Pt)Al單相涂層的截面圖。
[0028]圖6是具有雙相β - (Ni，Pt) Al和PtAl2與單相β - (Ni，Pt) Al的循環(huán)氧化性能對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]基材采用定向凝固鎳基高溫合金DD5，
[0032]其化學(xué)成分如下(質(zhì)量百分比):Co:7.5%,Cr:7%,ff:5%,Μο:1.5%,Α1:6.2%,Ta:6.5%, Re:3%, N1:余量。將直徑為13毫米的高溫合金棒用線切割加工成厚2毫米的圓片，在圓片的上方正中間位置切Φ3πιπι的圓孔，以方便電鍍和氣相沉積的過(guò)程中懸掛。
[0033]使用二亞硝基二氨鉬(Pt(NH3)4(OH)2)來(lái)制備電鍍液，鍍液中含有:10g/L的二亞硝基二氨鉬(該濃度是按鍍液中的鉬含量計(jì)算)，65g/L的氨基磺酸(NH2SO3H)，lg/L十二烷基一甲基添加劑，其余為水；
[0034]高溫合金基體樣品通過(guò)SiC紙磨至#400粗砂光潔度，接下來(lái)用下列步驟清潔。首先將樣品在壓力為0.3MPa的噴砂機(jī)中噴砂。然后將樣品依次在清水-去離子水-丙酮中超聲清洗后吹干備用。然后該樣品浸入到王水溶液中30秒，然后浸入到蒸餾水中。
[0035]制得的樣品接下來(lái)立即電鍍。條件如下:
[0036]電流密度=10A/dm2
[0037]溫度=900C
[0038]pH = 2 (使用氨基磺酸NH2SO3H調(diào)節(jié))
[0039]沉積時(shí)間=30分鐘
[0040]陽(yáng)極和