[发明专利]一种在锆铝碳陶瓷表面形成硅化物涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术，具体地说是一种在锆铝碳(Zr₂Al₃C₄和Zr₃Al₃C₅)陶瓷表面形成硅化物涂层的方法。

背景技术

锆铝碳(Zr₂Al₃C₄和Zr₃Al₃C₅)陶瓷材料是新型的耐超高温的三元材料。它们综合了高模量、高硬度、抗氧化、耐腐蚀、高电导率、高热导率、较强的破坏容忍性等优点。在航空、航天、核工业、超高温结构件等高新技术领域都有潜在的广泛应用前景。但作为高温结构材料，它们的抗氧化性能不是很理想，限制了其在高温氧化性环境中的应用。因此，通过表面改性，生成抗氧化的防护涂层是一种提高结构材料抗氧化性的重要途径。例如，Liu等用粉末包埋渗硅的方法在Ti₃SiC₂表面生成一种TiSi₂/SiC层，提高了Ti₃SiC₂的高温抗氧化性达两个数量级(Mater.Res.Innnovations(材料研究创新杂志)6(2002)226)。Xiang等用粉末包埋渗铝的方法在合金钢表面生成铝化物涂层提高了合金钢的抗氧化性能(ActaMater.(材料学报)54(2006)4453)。但是目前还没有锆铝碳陶瓷表面改性提高其抗氧化性方面的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在锆铝碳陶瓷表面形成硅化物涂层的方法，其工艺简单、成本低廉、实用性强，特别是能有效地提高锆铝碳陶瓷的抗氧化性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种在锆铝碳陶瓷表面形成硅化物涂层的方法，以硅粉(Si)和氟化钠(NaF)混合而成的固体粉末混合物为渗料，将锆铝碳陶瓷材料放入渗料中，在惰性气体保护下，以5～30℃/min(优选为10～20℃/min)的升温速度加热至900～1300℃(优选为1000～1200℃)，保温0.5～5小时(优选为1～2小时)，然后炉冷至室温；经过上述热扩散处理，样品表面可形成2～150微米厚的二硅化锆-碳化硅(ZrSi₂-SiC)涂层，SiC与ZrSi₂两相在涂层中均匀混合分布。

按重量百分比计，本发明所述粉末混合物中成份组成为：硅粉95～99％，氟化钠1～5％；所述硅粉纯度≥99.00wt％，粒度≤0.2毫米；氟化钠为分析纯；所述惰性气体为体积纯度≥99％的氩气。

本发明具有如下优点：

1.采用本发明所制备的涂层具有极高的结合强度和优良的抗氧化性能。

2.本发明采用的包埋原料粉简单，为硅粉和氟化钠粉。

3.本发明制备硅化物涂层工艺简单，将硅粉和氟化钠粉的混合物包埋锆铝碳陶瓷样品，经高温热扩散，获得硅化物涂层。制备过程并不需施加外力，不用在真空中进行，并且成本低廉。

4.采用本发明能处理光滑表面，还能处理具有复杂表面的实际工件，实用性强。

5.由于本发明利用了ZrSi₂和SiC的优异的抗氧化性能，所以应用本发明将大大提高锆铝碳陶瓷材料的应用范围。

附图说明

图1为本发明Zr₃Al₃C₅经1200℃渗Si处理2小时后表面形成的硅化物涂层扫描电镜照片。

图2为本发明Zr₂Al₃C₄经不同温度渗Si处理1小时后表面形成的硅化物涂层扫描电镜照片。(a)1000℃；(b)1100℃；(c)1200℃。图中，Resin代表树脂；Scale代表硅化物层，由ZrSi₂和SiC组成；Substrate代表Zr₂Al₃C₄基体。

图3为比较Zr₂Al₃C₄经渗Si处理后的样品与未渗Si的Zr₂Al₃C₄样品的氧化增重曲线；图中，cementedZr₂Al₃C₄代表渗Si后的样品。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详述本发明。

实施例1