[发明专利]碳/碳复合材料抗氧化用铼/铱涂层表面缺陷的修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面涂层技术领域，具体涉及一种碳/碳复合材料抗氧化用铼/铱涂层表面缺陷的修复方法。 

技术背景

碳/碳复合材料是由碳纤维增强相和碳基体相组成的一种复合结构，具有低密度、高强度、低烧蚀率、高抗热震性、低热膨胀系数、零湿膨胀、在2000℃以内强度和模量随温度升高而增加、良好的抗疲劳性能、优异的摩擦磨损性能、对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性能，使得其在众多领域有着广泛用途。但碳/碳复合材料在高温有氧环境下抗氧化性能很差，氧化使碳/碳复合材料的物理性能和力学性能下降，极大地限制了它作为高温结构材料的应用。在碳/碳复合材料上以铼为过渡层，铱为抗氧化层的复合涂层具有抗氧化温度高（达到2200℃）、烧蚀率接近于零、抗热震性能好、结合强度高等优点，是一种非常有应用前景的涂层体系。但是目前该体系涂层离真正利用尚存在较大距离，主要是因为碳/碳复合材料表面非均质性及其与铼/铱涂层热失配引起涂层产生孔洞及裂纹等表面缺陷，这些缺陷在高温状态下成为氧扩散的快速通道，破坏碳/碳基体。 

碳/碳复合材料是多相复合结构，包括纤维束和基体碳相。碳纤维和基体碳均是各向异性，同时由于碳纤维和基体碳在复合材料中的分布总是存在取向，并非随机分布，因此相与相之间对外界热、力学作用难以协调一致，常在相界面处产生裂纹和孔隙等缺陷。图1和图2分别是现有技术中带铼涂层的碳/碳复合材料表面铼涂层的表面宏观和微观形貌图，铼涂层是通过化学气相沉积法在碳/碳复合材料上沉积制备得到。由图1、图2可以看到，铼涂层中存在较多裂纹，主要是在制备冷却过程中铼涂层与碳/碳复合材料基体热失配产生应力造成的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种工艺简单可控、设备简单、成本低廉的碳/碳复合材料抗氧化用铼/铱涂层表面缺陷的修复方法，该修复方法可以在碳/碳复合材料上制备得到无裂纹、无孔洞缺陷、致密完整的铼/铱涂层。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种碳/碳复合材料抗氧化用铼/铱涂层表面缺陷的修复方法，包括以下步骤： 

（1）在带有铼涂层的碳/碳复合材料的铼涂层上浸润刷涂饱和可溶性钴盐溶液，干燥后，在铼涂层上形成钴化合物层，钴化合物层经氢气还原形成金属钴层，得到带有金属钴层和铼涂层的碳/碳复合材料；

（2）将带有金属钴层和铼涂层的碳/碳复合材料置于Ar气气氛中进行高温处理，使金属钴熔化弥合铼涂层表面缺陷并与铼固溶形成铼/钴合金涂层，得到带有铼/钴合金涂层的碳/碳复合材料；

（3）在上述带有铼/钴合金涂层的碳/碳复合材料的铼/钴合金涂层上沉积铼涂层，得到带有缺陷修复后铼涂层的碳/碳复合材料；

（4）在上述带有缺陷修复后铼涂层的碳/碳复合材料的铼涂层上沉积铱涂层，得到带有缺陷修复后铼/铱涂层的碳/碳复合材料。

上述的修复方法中，优选的，所述步骤（1）中，所述钴盐包括氯化钴、溴化钴或硝酸钴。 

上述的修复方法中，优选的，所述步骤（1）中，所述氢气还原的条件为：还原温度为670℃～730℃，还原时间为1h～2h。 

上述的修复方法中，优选的，所述步骤（2）中，所述高温处理的条件为：温度为1550℃～1650℃，时间为2h～4h。 

上述的修复方法中，优选的，所述步骤（4）中，所述铱涂层的沉积方法为熔盐电镀法，所述熔盐电镀法包括以下步骤：先将含有IrCl₃的氯化物混盐磨碎混匀，放入电镀槽并加热至电镀温度，得到含有IrCl₃的熔盐；然后将带有缺陷修复后铼涂层的碳/碳复合材料作为阴极，以石墨或铱板作为阳极，插入电镀槽内含有IrCl₃的熔盐中进行熔盐电镀，电镀完成后从熔盐中取出阴极，置于Ar气保护下冷却至室温，水洗、烘干，得到带有缺陷修复后铼/铱涂层的碳/碳复合材料。 

上述的修复方法中，优选的，所述步骤（4）中，所述含有IrCl₃的氯化物混盐为NaCl-KCl-CsCl-IrCl₃混盐，按质量分数计，NaCl：8.8%～26%，KCl：11.2%～33%，CsCl：40%～70%，IrCl₃：1%～10%；所述熔盐电镀的工艺条件为：电镀温度550℃～700℃，阴极电流密度10mA/cm²～50mA/cm²，电镀时间60min～100min，电镀保护气体为Ar气。