[发明专利]一种高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温抗氧化涂层及其制备方法，尤其是涉及一种高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金是一种重要的耐高温抗氧化材料，广泛应用于燃气轮机叶片等高温部件。航空发动机中作为高温下服役的工程合金材料，不仅要有足够的高温强度，还要具有良好的抗高温氧化性能，单靠合金本身很难同时满足这两个要求。利用表面涂层提高合金的抗高温氧化能力。早在20世纪40年代就出现了航空发动机防护涂层的报道，经过几十年的研究，高温涂层材料的成分与结构等方面均有了巨大的改进。20世纪70年代出现了改进型铝化物涂层，如铝-铬、铝-硅、铝-钛、铂-铝，其中以镀铂渗铝形成的铂铝化物涂层具有更长的使用寿命。20世纪80年代发展了可以调整涂层成分，能在更高温度下起到高温抗氧化作用的等离子体喷涂MCrAlY涂层(M代表Fe、Co、Ni或二者的结合)，被普遍地用作为热障涂层系统的金属粘结层。它克服了传统铝化物涂层与基体之间相互制约的弱点，在抗高温氧化方面有显著的改善。为了缓解陶瓷涂层和基体的热膨胀不匹配，同时也为了提高合金基体的抗氧化，在基体和陶瓷涂层间加了一层金属粘结层。日本近几年在燃气轮机用关键金属材料投入了巨大的力量，镍基超合金作为当前燃气轮超高温零件的主题材料仍在发展中，工作温度不断在提高，基体合金中加入铂族金属是一个重要的研究方向。其中铱具有较高的熔点、化学性质稳定、硬度高，是高温下热强度和热稳定性能最优良的金属，也是唯一拥有极高熔点同时具有很强抗氧化性的金属，并且是唯一能在1600℃以上空气中仍有很好机械性能的金属。铱基金属间化合物与镍基超合金类似的组织。新开发的铱基金属间化合物材料在1200℃下的强度达到1000MPa，显示出优良的高温性能。国外研究资料表明，已在镍基超合金基体表面镀铱-铪、铱-铂、铱-钽合金涂层作为粘结涂层，然后在渗铝来提高高温抗氧化能力，该类涂层具有有效的阻隔合金元素的作用，然而结合强度和使用温度不能满足某些工程可靠性的需要。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供了一种高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层，其特征在于该涂层分为两层，内层由铱组成，表层由铱基合金组成。

所述复合涂层内层铱涂层厚度为1μm -5 μm，表层铱基合金涂层厚度为10μm -20 μm。

所述复合涂层中的合金元素为钛、铌、钒、锆、铪、钽、钇、铝、钨、铑、铂中的一种或多种。

所述复合涂层中的合金以单质和/或金属间化合物形式存在。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于在基体材料的表面制备双层结构的复合涂层；首先在基体材料的表面制备纳米晶铱涂层；然后在铱涂层的表面制备铱基纳米晶涂层，其中铱含量为50 at.%~95 at.%，余量为合金元素。

所述的高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备铱涂层采用的方法是以下两类方法之一：物理气相沉积和化学气相沉积；其中所采用的物理气相沉积是双层辉光等离子表面改性、激光脉冲沉积、磁控溅射或电子束物理气相沉积；所采用的化学气相沉积是金属基化学气相沉积或激光化学气相沉积。

所述的高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备铱涂层采用物理气相沉积和化学气相沉积方法；其中采用的物理气相沉积是磁控溅射或电子束物理气相沉积。

所述的高温抗氧化铱基纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备铱涂层所采用的方法是双层辉光等离子表面改性；在铱涂层上制备铱基涂层所采用的方法是磁控溅射。

应用效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）复合涂层与基体材料结合强度高；

（2）纳米晶涂层提高高温抗氧化能力；

（3）纳米晶涂层具有较好的隔热效果；

（4）复合涂层具有较长的使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

实施例1