一種鎳基合金表面抗氧化耐燒蝕涂層及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種鎳基合金材料的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。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)所述的一種鎳基合金材料的抗氧化涂層由玻璃搪瓷構(gòu)成。將一定比例的MgO、CaO、SiO2、Al2O3、BaO、B2O3和Co2O3粉料混合均勻，1300?1800℃高溫熔燒水淬并粉碎后制得玻璃料，再將玻璃料與黏土和Cr2O3按一定比例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℃燒制30?60分鐘，制得高溫抗氧化搪瓷涂層。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，涂層厚度可控，與鎳基合金基底結(jié)合牢固均勻，具有良好的抗氧化性能和耐熱震性，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)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)背景燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(qiáng)度，一般在合金中添加Mo、W、V等固溶強(qiáng)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(shí)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(hù)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?xì)鉀_刷的涂層在相關(guān)文獻(xiàn)中還未見(jiàn)報(bào)道。針對(duì)這種情況，本專(zhuān)利技術(shù)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(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)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(jì)包括下述組分：搪瓷玻璃料80-95％、優(yōu)選為85-95％、進(jìn)一步優(yōu)選為85-93％，黏土3-10％、優(yōu)選為4-8％、進(jìn)一步優(yōu)選為5-8％，Cr2O31-12％、優(yōu)選為2-10％、進(jìn)一步優(yōu)選為2-8％，上述各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％；所述搪瓷玻璃料以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：上述玻璃料的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。本專(zhuān)利技術(shù)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。本專(zhuān)利技術(shù)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，SiO230-65％，CaO10-35％，Al2O310-30％，BaO5-20％，B2O33-18％，MgO1-12％，Co2O31-5％；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％，Cr2O31-12％，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。本專(zhuān)利技術(shù)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。本專(zhuān)利技術(shù)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。本專(zhuān)利技術(shù)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(shí)際操作過(guò)程中，作為基底用的鎳基合金材料通過(guò)下述預(yù)處理：將根據(jù)實(shí)際需要選取的鎳基合金材料，加工成所需形狀后，先進(jìn)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(shí)，烘干后得到干燥清潔的基底。原理和優(yōu)勢(shì)：本專(zhuān)利技術(shù)的玻璃搪瓷涂層以獨(dú)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(shí)玻璃搪瓷涂層本身具有優(yōu)異的耐燒蝕性能，通過(guò)將基體金屬與燒蝕氣體的物理隔離，對(duì)鎳基合金基體起到保護(hù)作用。本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)嚴(yán)格控制涂層的組分以及制備工藝，使得本專(zhuān)利技術(shù)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(wú)脫落。本專(zhuān)利技術(shù)在制備玻璃搪瓷涂層時(shí)，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(jiǎn)單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)大面積無(wú)形狀限制的工業(yè)化生產(chǎn)。制備過(guò)程中沒(méi)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(hù)。本專(zhuān)利技術(shù)所設(shè)計(jì)和制備的涂層能承受1000℃、流速為1000m/s的高溫富氧燃?xì)獾臎_刷。附圖說(shuō)明附圖1為實(shí)施例1所制備涂層樣品熱震前后宏觀形貌；附圖2為實(shí)施例1和對(duì)比例所得涂層樣品的氧化動(dòng)力學(xué)曲線；附圖3為實(shí)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(wú)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(wú)涂層的鎳基合金基體氧化動(dòng)力學(xué)曲線，和實(shí)施例1所得涂層樣品的鎳基合金基體氧化動(dòng)力學(xué)曲線；從圖中可以看出，玻璃搪瓷涂層對(duì)鎳基合金基體起到了有效的抗氧化保護(hù)效果。從圖3中可以看出涂層與基體金屬結(jié)合緊密，無(wú)裂縫、空洞等缺陷。具體實(shí)施方式實(shí)施例1步驟一按質(zhì)量百分比，SiO245％，CaO20％，Al2O315％，BaO10％，B2O35％，MgO3％，Co2O32％；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％，Cr2O36％，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(jiàn)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(wú)崩落掉瓷現(xiàn)象(見(jiàn)圖1)。所得高溫抗氧化搪瓷涂層在1000m/s的高壓富氧燃?xì)鉀_刷后，涂層無(wú)脫落；所述涂層氧化100h，其氧化動(dòng)力學(xué)曲線如圖2所示。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，其特征在于：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(jì)包括下述組分：搪瓷玻璃??80?95％，黏土??????3?10％，Cr2O3??????1?12％，上述各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％；所述搪瓷玻璃料以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：上述搪瓷玻璃的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，其特征在于：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(jì)包括下述組分：搪瓷玻璃80-95％，黏土3-10％，Cr2O31-12％，上述各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％；所述搪瓷玻璃料以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：上述搪瓷玻璃的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，其特征在于：所述玻璃搪瓷涂層以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：搪瓷玻璃料85-95％，黏土4-8％，Cr2O31-10％，上述各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，其特征在于：所述玻璃搪瓷涂層以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：搪瓷玻璃料85-93％，黏土5-8％，Cr2O32-8％，上述各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，其特征在于；所述搪瓷玻璃料以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：上述玻璃料的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鎳基合金材料的抗氧化耐燒蝕涂層，其特征在于；...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：古一，曾凡浩，夏長(zhǎng)清，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中南大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43