[发明专利]一种抗高温氧化性ZrO2镀层的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗高温氧化性ZrO₂镀层的制备工艺，具体说，是涉及一种耐高温部件上的具有抗高温氧化性、且与基体结合力高的ZrO₂镀层的制备工艺。

背景技术

现有船用或电站用燃气涡轮机或大型民用飞机发动机的叶片材料多采用镍基高温合金，虽然合金有较好的高温力学性能，但其高温氧化性能仍不够理想，并且价格昂贵，更换叶片的费用很高。所以世界各国在竞相开发性能更为优越的新材料的同时，也在研制和应用各种抗高温氧化的涂或镀层以提高叶片的综合性能。抗高温氧化的涂或镀层由于能够有效保护先进发动机高温部件并改善发动机性能，因此在发动机技术中占有十分重要的地位。

研究表明：ZrO₂涂或镀层可提高镍基高温合金的抗高温氧化性能，但目前在镍基高温合金表面形成ZrO₂涂或镀层的主要方法为等离子喷涂(Plasma spraying)和电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术。前者适用范围广，但涂层中存在气孔和未熔化的粉末粒子，使涂层的力学性能受到影响，同时它们也会成为腐蚀气体的通道，使涂层氧化，造成涂层失效；后者虽然在实验中已取得不少成果，但镀层在服役期间过早的剥落始终是困扰其发展的一个问题，而且存在操作复杂、成本高等缺陷，不能工业化推广实施。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术所存在的缺陷和市场需求，提供一种操作简单、制备成本低和能够工业化实施的抗高温氧化性ZrO₂镀层的制备工艺。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的抗高温氧化性ZrO₂镀层的制备工艺如下：

a)按常规操作对耐高温基材表面进行预处理，即包括机械处理耐高温基材表面的氧化层、有机溶剂除油、无机化学试剂除油和稀硫酸活化过程；

b)使用高速电喷镀工艺在预处理后的耐高温基材表面制备ZrO₂镀层，高速电喷镀的工艺参数如下：以快速镍的镀液体系为基础镀液、添加ZrO₂微粉的复合镀液为电喷镀镀液，电喷镀喷射速度为150～400L/h，喷嘴扫描速度为10～25mm/s，喷嘴与样品间距离保持2～4mm，在6～8V电压、40～50℃下电喷镀10～20min，高速电喷镀后样品经蒸馏水冲洗和自然干燥即可。

步骤b)中的复合镀液的制备过程如下：首先将ZrO₂微粉加入水和分散剂中进行分散处理，然后将分散处理好的添加剂体系加入基础镀液中进行搅拌10～20分钟即可；复合镀液的组成如下：ZrO₂微粉4～10g/L，分散剂适量，硫酸镍250～270g/L，柠檬酸三铵40～60g/L，氨水140～160ml/L，余量为水，镀液pH值为6.0～7.5。

所述ZrO₂微粉的分散处理是先将ZrO₂微粉加入水中得到水悬浮液，然后将ZrO₂微粉水悬浮液加入分散剂中进行搅拌分散；也可是先将分散剂溶于水中，然后将ZrO₂微粉加入其中进行搅拌分散。

上述分散剂为十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚乙二醇中的任意一种。

所述复合镀液中还可含有Y₂O₃，Y₂O₃在复合镀液中的浓度为4～6g/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)在1000℃氧化100h，本发明镀层的氧化速率仅为2.0mg/cm²，而普通耐高温基材的氧化速率为3.2mg/cm²，可见本发明的ZrO₂镀层具有明显的抗高温氧化性；

2)镀层与基体结合强度较高，结合力为40MPa；

3)制备工艺操作简单、成本低，对环境污染小，适合大批量、自动化生产，易于工业推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：

实施例1

a)按常规操作对耐高温合金K17表面进行预处理

①机械处理耐高温合金表面的氧化层；

②有机溶剂除油：用丙酮清洗试样表面油污；

③无机化学试剂除油：用60～80℃的无机化学除油剂清洗试样表面油污，以除油水洗后工件表面水膜呈连续均匀的水膜为除油干净的标准来确定该工件的最佳除油时间，无机化学除油剂的配方为：