[发明专利]一种740合金表面抗氧化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种740合金表面抗氧化涂层的制备方法，属于合金表面镀膜领域。

背景技术

Inconel740合金是美国特殊钢公司在上世纪末为欧洲的700℃超超临界燃煤发电技术项目THERMIE AD700开发的一种新型镍基高温合金，主要作为电站锅炉的最高温度段过热器或再热器管材使用。研制出Inconel740镍基耐热合金在预期应用温度范围内具有较高的持久强度和组织稳定性以及优异的力学性能和抗硫化腐蚀性能，在700～750℃具有高的持久强度和良好抗蒸汽氧化和煤灰/烟气腐蚀性能，是燃煤电厂700℃蒸汽参数超超临界锅炉过热器管材合金的合适材料。在Inconel740合金的表面制备NiAl抗氧化涂层能够有效提高740合金的抗氧化性能，对基体起到了保护作用，进而延长Inconel740合金的使用寿命。而目前尚无在该高温合金表面制备该抗氧化涂层的报道。

目前在高温合金表面制备涂层的方法有等离子体喷涂技术、电弧喷涂技术、激光熔覆技术、超音速火焰喷涂技术、以及激光束、电子束物理气相沉积等。

电子束物理气相沉积是在真空的条件下，利用高能电子轰击沉积材料，使其迅速升温气化而凝聚在基体材料的表面的一种表面加工工艺，其具备以下特点：（1）电子束沉积参数易于控制，有利于精确控制沉积层的厚度和均匀性；（2）对材料的加工可达到较高的温度，因此可以适用于大部分沉积材料；（3）电子束加热基板使得基板温度分布均匀、易于控制、沉积层不受加热源污染；（4）水冷坩埚的使用避免了高温下蒸镀材料与坩埚之间的反应，同时避免了坩埚排气污染膜层；（5）沉积速率高，使得制备大尺寸的板材以及多层材料成为现实；（6）有效控制工艺参数的前提下，可使沉积材料与蒸发材料中的相和元素含量保持一致；（7）沉积过程中蒸发出的原子团能量较低，减弱了层界面扩散、混合作用，有利于获得具有清晰界面的多层材料。正因为如此，电子束物理气相沉积被广泛应用于高温合金耐磨涂层以及热障涂层的制备中，但关于电子束物理气相沉积制备抗氧化涂层的报道较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种740合金表面抗氧化涂层的制备方法，本发明所述方法利用电子束物理气相沉积技术（EBPVD）在740合金的表面制备性能优异的抗氧化NiAl涂层，能够有效地阻止基体的进一步氧化，从而提高基体的抗氧化性能，延长其使用寿命

一种740合金表面抗氧化涂层的制备方法，所述方法为电子束物理气相沉积法，其包括预热和沉积的步骤，所述预热步骤为：于电子束物理气相沉积装置真空室真空度小于5×10^-2Pa，电子枪体真空度小于5×10^-3Pa下，电子束轰击740合金基板，束流大小为30～60mA，轰击时间3～5min。

本发明所述740合金指商业购得的Inconel740合金；所述基板优选为板材或块材。

本发明所述740合金表面抗氧化涂层的制备方法优选所述沉积步骤为：保持预热后的740合金表面温度下进行沉积，所述沉积靶材为NiAl合金，束流大小为300～400mA，沉积时间10～20min。

上述沉积步骤中，优选740合金表面温度通过下述方法保持：所述预热和沉积的步骤在具有两个电子枪的电子束物理气相沉积装置中进行，使用其中电子枪I对740合金基板进行预热；在进行沉积步骤时，电子枪I保持轰击参数不变，使用另一电子枪进行NiAl合金涂层沉积。

本发明所述740合金表面抗氧化涂层的制备方法优选所述预热和沉积的步骤在具有两个电子枪的电子束物理气相沉积装置中进行，具体为：

预热步骤：于电子束物理气相沉积装置真空室真空度小于5×10^-2Pa，电子枪体真空度小于5×10^-3Pa下，启动左侧电子枪，使其束流大小为30～60mA，扫描半径为10×10或15×15或20×20，同时调整电子束入射路径，使其轰击到740合金基板上，对740合金进行预热处理，预热时间为3～5min；

沉积步骤：预热完毕后启动右侧电子枪，同时使左侧电子枪保持参数不变，以低于30mA/min速度缓慢增加右侧电子枪束流大小，缓慢熔化水冷铜坩埚中的NiAl合金；当增至300～400mA后，使其保持稳定，同时保持扫描半径大小为15×15，沉积时间10～20min。

上述方法中，所述扫描半径是指熔化金属时电子束束斑的半径的大小，例如，10×10即代表半径为10mm的圆形电子束束斑，15×15即代表半径为15mm的圆形电子束束斑。