[发明专利]一种Nb/NbCr2基高温合金表面抗氧化复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面抗氧化复合涂层，尤其涉及一种Nb/NbCr2基高温合金表面抗氧化复合涂层的制备方法。

背景技术

合金元素Cr与难熔金属Nb形成的Laves相NbCr₂是一类重要的金属间化合物，其不仅具有适当的比重、较高的熔点，而且在1200℃时还具有高达600MPa的屈服强度。这些性能特点使Laves相NbCr₂成为一种在先进航空发动机热端部件上颇具应用潜力的新型高温结构材料。因而，引起了国内外研究学者的极大兴趣。

然而，Laves相NbCr₂具有拓扑密排结构，晶体结构复杂，使得这类化合物的室温脆性很大，严重阻碍了其作为高温结构材料的实用化进程。近年来，人们通过细晶化、合金化及软第二相增韧等方法使得NbCr₂合金室温断裂韧性提高到20MPa 以上，基本上可以满足航空航天的实际应用要求。然而，合金化及软第二相对NbCr₂合金高温抗氧化性也有着较大的影响。富软第二相Nb的NbCr₂基合金在950℃～1200℃氧化初始阶段就发生了灾难性氧化，这严重阻碍了NbCr₂基合金作为高温结构材料在1200℃以上使用的实用化进程。因此，提高其高温抗氧化性的研究工作显得尤为重要。

表面涂层保护是兼顾高温合金力学性能与抗氧化性能切实有效的途径。Nb基合金抗氧化防护涂层的研究始于上世纪50年代，所用涂覆剂主要为硅化物，且大部分是单质涂层。但Nb基合金高温抗氧化涂层存在的问题是涂层与基体的结合力不够强，膨胀系数不匹配，这将使涂层在受到热疲劳或热冲击时容易发生剥落或开裂，从而显著降低Nb基合金的使用寿命及涂层的可靠性，因此 需要在硅化物涂层中添加一定量的改性元素来提高其韧性和高温抗氧化性能。由于Al氧化后生成的Al₂O₃具有较好的防氧扩散和渗透能力，而且能与SiO₂结合生成Al₂O₃·SiO₂莫来石结构，因此可使氧化膜长时间保持致密及连续。因此，本章采用Si-Al共渗来制备Cr-50Nb合金的表面涂层。

目前，高温防护涂层的涂覆工艺主要有热渗、热喷涂、焙烧和烧结、电化学等方法。其中，热渗方法是获得耐高温腐蚀涂层用得最多、最主要的方法。它们成本较低、工艺较简单，应用广泛。其中使用最早、最普遍的是传统的包埋渗工艺。相比较而言，包埋渗法制备高温涂层灵活方便，生产成本低，可根据使用要求形成各种所需的涂层组织，因而具有广泛的应用。

迄今为止，对NbCr₂基合金高温抗氧化涂层的制备很少有资料报道，仅有He等人用包埋法在Cr/NbCr₂表面形成掺杂Ge的硅化物涂层，结果表明该涂层大大降低Cr/NbCr₂合金抗1100℃循环氧化和等温氧化速率。但对富软第二相Nb的Laves相NbCr₂基合金的涂层制备还没有资料报道，这对充分发挥Nb较好地增韧Laves相NbCr₂的效果不利。虽然He等人采用包埋渗法在富软第二相Cr的NbCr₂基合金表面制备的涂层能大大提高合金1100℃高温抗氧化性，但该涂层在1200℃的抗氧化性能如何还是未知数；而且该涂层制备过程是在1000℃高温下包埋渗12小时，这不可避免地造成基体合金的晶粒长大，导致室温塑性和韧性下降。因此，如何在保证涂层能大大提高基体合金高温抗氧化性的前提下，降低其制备过程对基体合金组织和性能的不利影响也至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Nb/NbCr2基高温合金表面抗氧化复合涂层的制备方法，该涂层与基体的结合紧密，且涂层致密，形成了以Al₂O₃为外层，Si、Al、Cr及Nb扩散层为内层的复合结构。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：

(1)Si-Al涂层的制备

①渗剂由质量分数wt.％的8-20Si、6-15Al、1-7NaF、65-85Al₂O₃组成；

②渗剂混合后球磨机控制转速300-500r/m，经2-10h的球磨细化；

③然后将被渗试样埋入装有渗剂的刚玉坩埚中，盖好盖子后用高温粘结剂密封，于100℃干燥2h；