[发明专利]一种抗高温氧化NiAl-Y2O3涂层及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及涂层制备技术，更具体地说，是涉及一种抗高温氧化NiAl-Y₂O₃涂层及其制备和应用。

背景技术

γ-TiAl具有高比强度、高比刚度以及低密度等优点，成为潜在应用的高温结构材料，在航空、汽车、能源等工业领域具有广泛的应用前景。但其室温脆性高和抗高温氧化性能差的缺点限制了其应用，尤其是其较差的抗高温氧化性能大大限制了其在高温领域中的应用，原因是γ-TiAl在760℃以上高温环境中生成的TiO₂和Al₂O₃混合氧化物膜不具备保护性。目前提高γ-TiAl抗氧化性能的方法有添加合金元素(Nb、Si等)和施加高温防护涂层两种。由于添加少量的合金元素对提高γ-TiAl抗氧化性能的幅度有限，而添加过量的合金元素会明显降低其力学性能，所以施加高温防护涂层成为提高γ-TiAl抗氧化性能的主要途径。铝化物涂层具有良好的抗高温氧化性能，已广泛用作航空发动机涡轮叶片、导向叶片和镍基高温合金的防护涂层。在γ-TiAl表面直接包埋渗铝可以制备TiAl₃涂层，但TiAl₃脆性大，降温过程中易产生贯穿裂纹而失去保护作用；采用先电(化学)镀镍后包埋渗铝的方法可以在γ-TiAl表面制备NiAl或Ni₂Al₃涂层，然而采用此方法制备的NiAl涂层贫铝，并有一定量的Ti渗入，这使其抗氧化性能大大降低；而Ni₂Al₃涂层在高温环境中长期服役时容易转变为NiAl相，导致体积收缩而在涂层中产成大量空洞；其它高温防护技术如表面合金化和预氧化等对γ-TiAl抗氧化性能的提高不明显。目前，γ-TiAl合金抗高温氧化性能较差的问题仍没有得到有效的解决，新的高温防护涂层制备技术的研究十分必要。电泳沉积具有很多优点，可以实现不同种类的金属或陶瓷颗粒的共沉积，用此方法可以将Ni、Al颗粒共沉积在γ-TiAl表面，然后经热压制备均匀致密且结合力良好的NiAl涂层，涂层中还可以加入少量Y₂O₃等通常被认为可以提高氧化铝膜黏附性的稀土氧化物。

发明内容：

本发明就是针对上述问题，提供了一种抗高温氧化NiAl-Y₂O₃涂层及其制备和应用。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗高温氧化NiAl-Y₂O₃涂层：涂层由NiAl基体和弥散其中的Y₂O₃颗粒组成：按质量百分数计，涂层中Y₂O₃的含量为0.5％-5.0％，其余为NiAl；其中所述NiAl基体按原子百分数计，Al原子的含量为45％-58％。

抗高温氧化NiAl-Y₂O₃涂层的制备方法：制备分两步进行，

(1)首先在金属基材上电泳沉积一层由Ni、Al和Y₂O₃颗粒组成的Ni-Al-Y₂O₃涂层，按质量百分数计，涂层中Y₂O₃颗粒的含量为0.5％-5.0％，Al颗粒的含量为32％-49％，其余为Ni颗粒；

(2)采用热压方法对步骤1)得到的Ni-Al-Y₂O₃涂层进行致密化处理，使涂层中的Ni、Al颗粒反应生成NiAl，Y₂O₃颗粒均匀弥散于NiAl中，得到抗高温氧化NiAl-Y₂O₃涂层。

所述的金属基材为Fe、Co、Ni、碳钢、低合金钢、FeAl或TiAl金属间化合物。

步骤1)电泳沉积时电解液温度为20-40℃，电场强度为100-250V/cm，每个样品电泳1-2次，每次电泳时间为5-30s。在电泳沉积前，通过超声振动使Ni、Al和Y₂O₃颗粒均匀悬浮于电泳液中，电泳液为溶解了碘单质的乙酰丙酮溶液，电泳液中碘和乙酰丙酮的质量体积比为0.2-2g/L。