[发明专利]一种高温合金表面纳米复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基陶瓷复合材料领域，特别涉及一种高温合金表面纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合涂层的制备方法。

背景技术

高温合金是指以铁、钴、镍为基，且能在600℃以上的高温以及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，它主要应用于航天、航空、石油、化工、舰船等重要领域。然而，由于受到自身性质的限制，高温合金的工作温度已经难以满足当今科技进步的飞速发展，如当温度超过1000℃时，镍基合金的抗高温氧化性能会显著降低，从而导致其高温力学性能下降。因此，在高温合金表面涂覆防护涂层以提高合金基体耐高温性能的方法受到了广泛关注。

MoSi₂熔点高（约为2030℃），比重低（约为6.24g/cm³），且在高温氧化气氛中能在表面生成一种致密SiO₂薄膜，因而被认为是高温合金表面涂层的极佳候选材料。但是，MoSi₂作为一种陶瓷材料，其塑变能力和抗疲劳性能差，韧性低，尤其在低温环境下会由于钼和硅的同时氧化而导致材料直接粉化（俗称“pesting”现象），这使MoSi₂在涂层材料方面的应用受到了限制。此外，MoSi₂的热膨胀系数为8.1×10^-6/K，高温合金的热膨胀系数为18~22×10^-6/K，两者较大的差异将直接影响它们之间的结合，使得涂层与基体在受到冷热交替作用时因变形量不同而产生应力，当此应力大于两者之间的结合力时将导致涂层剥落。

发明内容

本发明针对纯MoSi₂涂层存在韧性低、与基体结合差以及低温氧化时易发生“pesting”现象等问题，提供了一种高温合金表面纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合涂层的制备方法：该制备方法工艺简单，易于控制，对环境污染很小，且无需在基体与涂层中间先喷涂过渡层。采用该方法制备的涂层能够充分发挥MoSi₂优异的抗高温氧化性能，从而达到提高合金基体耐高温性能的目的。

本发明提供的一种高温合金表面纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合涂层的制备方法，该方法为等离子喷涂法，具体包括以下操作步骤：

一种高温合金表面纳米复合涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）先后使用丙酮和去离子水对高温合金基材进行超声波清洗，清洗后用滤纸擦拭基材，风干备用；

（2）采用刚玉砂对步骤（1）处理的基材表面进行喷砂粗化处理；

（3）采用等离子喷焰对步骤（2）处理的基材进行预热处理；

（4）采用等离子喷涂法对步骤（3）处理的基材进行喷涂，喷涂参数为：喷涂功率20~30kw，喷涂电压25~30V，喷涂距离70~130mm，送粉量5~10g/min，喷枪移动速率400~600mm/s，来回走枪20~30遍，主气Ar流量45~50L/min，辅气He流量5~10L/min，喷涂所使用的粉末为经高能球磨后再过筛所获得的纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料；

（5）将喷涂后的样品自然冷却。

步骤（4）所述的纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料是将纳米级硬质相MoSi₂均匀弥散分布在软质相CoNiCrAlY基体上，其粒度为15~48μm。

优选地，所述纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料的制备步骤如下：

（a）将微米级MoSi₂和CoNiCrAlY粉末按1:1的质量比预混10~20h；

（b）将步骤（a）所得的混合粉末与球磨介质放入球磨罐中，球料比为(10~20):1，并添加分散剂，然后将罐体抽真空后充入保护气体，再进行高能球磨，球磨机转速为200~400r/min，球磨时间为5~40h，球磨结束获得复合粉末；

（c）将步骤（b）得到的复合粉末在真空环境下进行过筛，最终获得纳米MoSi₂-CoNiCrAlY复合结构颗粒喂料。

优选地，所述的球磨机为行星式球磨机，球磨机转速为300r/min，球磨时间为30h；所述的球磨过程为每球磨30min后停机6min，再反向球磨30min，依次循环；所述的球磨介质为高Cr不锈钢磨球，所述的保护气体为高纯氩气。