[发明专利]一种高温合金表面高温绝缘涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，特别涉及一种在高温下仍具有良好绝缘性涂层产品的制备方法。

背景技术

高温合金，通常指在760℃—1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度和良好的抗氧化、抗腐蚀能力，按基体元素主要分为铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金三大类。近些年来，随着高温合金在航空航天领域中的不断拓展应用，尤其是镍基高温合金在军民用燃气涡轮机发动机热端部件方面的应用，高温合金的表面处理技术也越来越得到人们的重视，包括表面绝缘性、耐蚀性、耐磨性、隔热性等都是表面处理的技术要求，而在这些要求中，高温下良好的绝缘性又是非常重要的性能之一。

氧化铝涂层由于具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、绝缘强度高等优点，常被用作金属表面的绝缘层，这其中α-Al₂O₃又是常温和高温下最稳定的晶型。目前有很多方法都可用于制备该涂层，常用的氧化铝电绝缘涂层加工方法有化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶—凝胶法、热氧化法、等离子喷涂等。

然而，传统的气相沉积方法制备氧化铝涂层沉积速率慢，且更适宜制备薄膜；溶胶—凝胶法和热氧化法制备较厚的氧化铝涂层耗时时间长，效率低，不适合大批量生产；等离子喷涂虽然可以高速率地制备较厚的氧化铝涂层，但是制备出的氧化铝涂层与基体结合力较差，且表面粗糙、孔洞多。

针对上述传统工艺中制备氧化铝涂层的缺点，本发明提出了一种高效制备高温绝缘复合氧化铝涂层的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高温合金表面高温绝缘涂层的制备方法，且该涂层各项性能优良。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高温合金表面高温绝缘涂层的制备方法，按以下步骤完成：

1)将高温合金基片表面打磨平整，并依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗干净，烘干；

2)采用磁控溅射技术在经过步骤1)处理的高温合金基片表面沉积一层Ti金属层，所得到的Ti金属层厚度为1μm以上；

3)在Ti金属层上继续沉积一层Al金属层，所得到的Al金属层厚度为1μm以上；

4)将高温合金基片表面Al金属层完全氧化，直至氧化部分Ti金属层；

5)选用高温绝缘材料对氧化后的涂层表面进行多次封孔处理，将涂层中的孔洞填充，提高绝缘性；

6)采用磁控溅射技术在表面涂层上溅射Al₂O₃，将表面涂层中剩余的缝隙填充；

7)将步骤6)中制备好的高温合金基片放入马弗炉，在1200℃热处理，使涂层中Al₂O₃的晶型向α—Al₂O₃转化。

优选地，在执行所述步骤2)时，Ti金属层厚度优选为1～100μm。

优选地，在执行所述步骤3)时，Al金属层厚度优选为1～100μm。

优选地，在执行所述步骤3)时，采用磁控溅射或者热浸镀的方法沉积一层Al金属层。

优选地，在执行所述步骤4)时，采用微弧氧化或者阳极氧化的方法对表面的Al金属层进行完全氧化。

优选地，在执行所述步骤5)时，选用SiO₂溶胶或者Al₂O₃溶胶作为填充材料。

本发明中所用的高温合金基片材料为镍基高温合金材料，用来进行封孔的高温绝缘材料选用Al₂O₃或者SiO₂。制备的高温绝缘涂层厚度为2—200μm，涂层主要由氧化铝组成，且氧化铝的晶型基本上都为α—Al₂O₃，不含有或仅含有少量γ—Al₂O₃，涂层中的孔洞主要由SiO₂溶胶或Al₂O₃溶胶填充。特别地，本发明制备的高温绝缘涂层为一种复合涂层，主要由氧化铝层和下面的氧化钛层组成，涂层中的孔洞和缝隙由Al₂O₃或者SiO₂来填充。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可高效地在高温合金表面制备一种高温绝缘复合氧化铝涂层，该涂层与基底结合牢固，涂层的厚度易于控制，制备过程灵活性强，并且涂层在高温下具有良好的绝缘性能。

附图说明