[发明专利]一种在铌合金表面制备Pt-Al高温防护涂层的方法

说明书

本发明公开了一种在铌合金表面制备Pt‑Al高温防护涂层的方法，包括以下步骤：（1）对铌合金基体表面进行预处理，用丙酮超声清洗干净后再用去离子水冲洗，吹干备用；（2）将经步骤（1）处理好的铌合金基体放入离子溅射仪中进行Pt层的制备；（3）将经步骤（2）制备得到的含Pt层的铌合金基体进行包埋渗Al处理后在铌合金表面制得Pt‑Al高温防护涂层。所述Pt‑Al高温防护涂层中Al元素含量为60～70wt％，Pt元素含量为2～8wt％，Nb元素含量为20～30wt％。本发明制备的Pt‑Al高温防护涂层连续致密平整，与铌合金基体呈冶金结合，结合强度高且制备工艺为真空离子溅射法，不同于传统的电镀方法，具有操作简便、节约能耗的优点。

技术领域

本发明涉及高温涂层防护技术领域，特别涉及一种在铌合金表面制备Pt-Al高温防护涂层的方法。

背景技术

随着高推重比航空发动机的发展，其涡轮叶片的使用环境更为苛刻，这对叶片材料的性能提出了更高的要求。铌的熔点高，密度适中，高温比强度大，具有优异的高温力学性能和加工性能，被认为高温结构材料的重要候选材料之一。但铌的抗氧化性差，在600℃即形成“pest”氧化，极大限制了其应用。根据相关研究报道，在铌合金表面涂覆具有防护性的涂层，能有效提高铌合金高温抗氧化性，又能兼顾其高温力学性能，并且涂层保护法容易实现，效果显著，因此被广泛使用。

发明内容

铝化物涂层是目前应用最普遍的涂层，主要依靠高温下铝与氧结合形成致密的氧化铝膜阻挡氧的扩散，从而提高材料的抗氧化性。但单一放入铝化物涂层的高温力学性能差，抗热冲击外力弱，在受载作用下会引起涂层失效。铂改性铝化物涂层已被证实可提高Al₂O₃膜与基体的结合力，并增强涂层的组织稳定性，抑制元素的向外扩散。铂可以提高氧化膜选择性生成，在氧化膜脱落后能够较快生成新的氧化层，即具有了自愈合功能。铂元素的掺杂，可以在一定程度上降低氧化膜的内应力，提高氧化膜的粘附性。另外铂的存在也降低了S元素的富集，从而金属层与氧化层界面失去了产生孔洞的可能。另有报道显示，铂可以降低基体元素向涂层扩散的速率，进而减少了有害氧化物的生成。多个研究成果显示，相对于其他改性铝化物涂层而言，铂改性铝化物涂层的高温抗氧化性能要远优于其他涂层。相关应用的文献如：（1）中国发明专利，一种单相铂改性铝化物涂层及其制备工艺，申请号20141061091.1；（2）中国发明专利，一种高温合金用纳米铂铝抗氧化涂层的制备方法，申请号200810058933.0；（3）中国发明专利，一种用于单晶高温合金的防护涂层及其制备方法，申请号201310509194.3等。

铂层的制备方法主要有：（1）冶金加工复合铂，是采用轧制、拉拔、挤压等方式制备复合铂。这种方法制备的材料复合界面结合强度高、铂层连续无孔，厚度可控，但对于制备10μm以下的铂层困难，对于形状复杂的工件更难以加工。（2）电镀方法制备铂层，利用外加电流将电镀液中的金属离子在阴极(工件)上还原沉积为铂金属，包括熔盐电镀和水溶液电镀两种方式。熔盐镀铂工艺复杂操作环境差，费用较高；水溶液电镀是目前常用的获得铂层的较经济实用的方法，缺点是所需镀液配方复杂，产生较多工业废水。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能耗少、操作简便，所获涂层连续致密，与基体结合良好，能有效提高铌合金的高温抗氧化性能的Pt-Al高温防护涂层的方法。

本发明的技术方案为：一种在铌合金表面制备Pt-Al高温防护涂层的方法，包括以下步骤：

（1）对铌合金基体表面进行预处理，依次采用240#、400#、600#、800#、1000#和1500#砂纸打磨光洁，用丙酮超声清洗干净后再用去离子水冲洗，吹干备用；