[发明专利]采用低压等离子喷涂制备Al－Si－Cr涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层的制备方法，更特别地说，是指一种采用低压(30～40×10³pa)等离子喷涂方法在Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体上制备出具有高温(1000～1250℃)抗氧化性能的Al-Si-Cr涂层。

背景技术

航空航天技术的高度发展，要求发动机具有更高的推重比及工作效率，这便要求发动机具有更高的工作温度。研制替代现有镍基超合金作为未来飞行器发动机超高温部件的材料势在必行。Nb_ss/Nb₅Si₃原位复合材料具有高熔点(＞1700℃)、高刚度、低密度(7.1～8.4g/cm³)以及极高的高温强度，近年来备受关注。Nb基固溶体(Nb_ss)具有良好的室温韧性。Nb₅Si₃与Nb_ss两相通过恰当组合，可获得强韧性配合优异的超高温材料。但是铌基合金的抗氧化能力极差，600℃以上发生严重氧化，使得它在热环境中的应用受到了限制。因此发展高温防护涂层技术成为铌及其合金应用的主要研究方向。

Al、Cr、Si三种元素具有优越的高温抗氧化作用，它们的氧化物Al₂O₃、SiO₂和Cr₂O₃能够阻挡氧的扩散，阻止氧化的进一步进行。Al、Cr、Si经化合形成许多化合物，这些化合物都具有很好的高温抗氧化性能，但部分化合物受其熔点的影响，限制了其高温应用。Cr(Al，Si)₂抗氧化性好，熔点高(＞1250℃)。因而具有很高的高温抗氧化应用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用低压等离子喷涂制备Al-Si-Cr涂层的方法，通过在Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体上制备出Al-Si-Cr涂层，使得基体与涂层之间形成了一厚度为5～15μm互扩散层，互扩散层中的含有Nb、Al、Si、Ti、Cr元素；Al-Si-Cr混合涂层中存在有Cr(Al，Si)₂、Si和Al等物质，在高温1000～1250℃氧化时能够形成连续、致密的Al₂O₃和SiO₂混合氧化物层，从而阻止涂层和基体的进一步被氧化，改善了Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体的抗高温氧化性能。

本发明是一种采用低压30～40×10³pa等离子喷涂工艺在Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体上制备有Al-Si-Cr涂层的方法，其有下列制备步骤：

第一步：基体的前处理

将Nb-24Ti-16Si-6Al-6Cr-2Hf基体采用150#、360#、500#水磨砂纸磨光，并采用喷砂机进行表面喷砂处理后待用，喷砂后基体表面粗糙度RZ＝60～80μm；

第二步：配制涂层材料

(A)称取30～35wt％的Al粉、30～33wt％的Cr粉、32～40wt％的Si粉，并且上述各成分的含量之和为100％，混合后经研磨30～150min后制得粒度为250～350目的第一混合粉末；

(B)将经(A)步骤制得的第一混合粉末与粘结剂混合后经研磨250～400min后制得粒度为250～350目的第二混合粉末；

第一混合粉末与粘结剂的用量为1000g的第一混合粉末中放入1000～1500ml的粘结剂；

所述粘结剂由阿拉伯树胶和去离子水在80～100℃中搅拌均匀制得，阿拉伯树胶与去离子水的用量为每100ml去离子水中添加0.5～5g阿拉伯树胶；

(C)将经(B)步骤制得的第二混合粉末经雾化干燥造粒后制得粒度为200～250目的涂层材料；

雾化干燥采用离心雾化方法，所述第二混合粉末经恒流泵注入雾化器并立即被雾化器的剪切力分散成很多细小液滴，其中雾化器转速为8000～20000r/min，雾化器进口温度为220～230℃，雾化器出口温度为130～150℃；

第三步：低压等离子喷涂制涂层

将经第一步处理后的基体安装在低压等离子喷涂设备的夹具上，并将经第二步配制的涂层材料放入送料器中，调节喷涂工艺参数制Al-Si-Cr涂层；