[发明专利]一种铌基合金上的Mo-Si-B涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗高温氧化涂层，更特别地说，是指一种采用先喷涂后包埋的工艺制备复合的Mo-Si-B涂层，具体地，涂层内层Mo层，外层为MoSi₂+B弥散相层。

背景技术

Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金熔点高、延展性和导热性好、强度和比强度高以及密度适中，所以该合金是最有希望代替镍基高温合金的超高温金属结构材料。但是，Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金在600℃以上的空气中会发生剧烈氧化，以至于在无保护的情况下不能在含氧环境中使用。解决这一问题的有效措施是在合金表面制备高温防护涂层。

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。但等离子喷涂制得的表面层具有不致密、孔隙率较高的缺点。

包埋渗工艺是一种化学热处理技术，是把待涂材料埋在由惰性填充剂、金属涂层元素以及卤化物活性剂组成的包渗箱中，在氢气或某种惰性气体中进行热处理，通过蒸汽迁移和扩散以形成涂层。涂层与基体金属间是冶金结合，因而非常牢固，不易脱落，这是其他涂层方法所不及的。但是由于包埋渗法处理温度较高且时间较长，故基体金属的强度等性能有可能会有所降低。

发明内容

本发明的目的是提出一种在Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金上制备复合的Mo-Si-B涂层的方法，该方法是为了改善包埋渗工艺中出现的较高温度带来的基体性能的下降，而引入在基体上先用等离子喷涂上Mo层，然后制MoSi₂+弥散的B层；两种工艺的组合，能够使制得Mo-Si-B涂层对Nb基合金起到抗高温氧化作用。

本发明提出的一种铌基合金上的Mo-Si-B涂层的制备方法，其特征在于包括有下列步骤：

第一步：基体的前处理

(A)用800#的SiC水磨砂纸将Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金基体进行表面磨光处理，制得第一试样；

第一试样的表面粗糙度为Ra＝1.6～2.0；

(B)将第一试样放入无水乙醇中进行超声清洗10～20min后，获得第二试样；

第二步：等离子喷涂制Mo层

将第二试样经大气等离子喷涂制Mo层，获得第三试样；

Mo粉的粒径为75～150μm；

大气等离子喷涂工艺参数：大气等离子喷涂的电流为450 A、电压为65 V、氩气流量为60 l/min、氢气流量为20 l/min；喷涂距离为80～100 mm、送粉速率为20～25 g/min；沉积过程中基体表面平均温度为300～400℃；

第三步：制Si-B包埋渗料

制100g包埋渗料由1.2～2.1g粒度为100目的NaF粉、20.0～36.0g粒度为100目的Si粉、0.6～1.1g粒度为400目的B粉和余量粒度为100目的Al₂O₃粉组成；

第四步：采用包埋渗工艺制备Si-B涂层

(A)将第三步制得的包埋渗料放入坩埚底部，然后将第二步中处理后的第三试样放入坩埚中间部位，并在其四周填满余量的包埋渗料，盖上坩埚盖子并密封后，形成热处理样品，并将热处理样品置入电阻炉内；

(B)设置电阻炉的升温速率为3～7℃/min，包埋渗温度950℃～1050℃，包埋渗时间45～55h；

(C)开启电阻炉，通入氩气；所述氩气的质量百分比纯度为99.0％，流量60ml/min～150 ml/min；在氩气保护下渗Si-B料；

(D)在包埋渗时间结束时，关电阻炉，随电阻炉冷却至100℃时，停止通入氩气；打开炉门取出试样，即制得第四试样；

(E)将第四试样放入酒精中经超声波清洗10～20分钟后，自然风干，得到在Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金基体表面渗有的Mo-Si-B涂层。

本发明制备Mo-Si-B涂层的优点在于：

①本发明采用先喷涂后包埋的组合工艺，是为了在Nb基合金表面制得外层为MoSi₂层，内层为Mo层(即与基体接触)。

②本发明制得的Mo-Si-B涂层使得Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf超高温合金的高温抗氧化性得到显著的提高。