[发明专利]难熔金属表面层状复合Ir/W高温抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种难熔金属表面层状复合Ir/W高温抗氧化涂层，包括依次金属W层和金属Ir层，所述金属W层的厚度为3μm～15μm；所述金属Ir层的厚度为5μm～40μm。本发明公开了制备该层状复合Ir/W高温抗氧化涂层的制备方法，该方法为：一、对难熔金属基体的表面进行打磨、喷砂、脱脂和酸洗；二、在预处理后的难熔金属基体表面制备金属W层；三、在金属W层的表面制备金属Ir层，得到层状复合Ir/W高温抗氧化涂层。本发明在金属铱涂层和难熔金属基体之间引入金属W层作为粘结层和扩散阻挡层，解决了Ir涂层与难熔金属基体间结合力不足及高温下Ir涂层与难熔金属基体发生高温界面扩散反应致使涂层寿命缩短的问题。

技术领域

本发明属于高温防护技术领域，具体涉及一种难熔金属表面层状复合Ir/W高温抗氧化涂层及其制备方法。

背景技术

难熔合金具备优异的高温强度和韧性以及良好的加工性能，在宇航工业、航空工业以及原子能工业中得到了广泛的应用。然而，难熔合金在超高温氧化环境中应用时易发生严重氧化而失效，因此，提高难熔金属的高温抗氧化性能是保障其高温服役性能的关键。难熔金属最常用的高温防护涂层为硅化物涂层，然而，随着宇航工业的发展，新一代高比冲姿、轨控火箭发动机和高超声速飞行器用难熔金属热端部件的服役温度可达1700℃以上，且要承受高温高速气体的冲刷，传统的硅化物涂层已经难以满足服役需求。

金属铱(Ir)自身熔点高达2440℃，且其化学惰性好、氧渗透率低，高温下具有很强的阻氧能力。铱在1200℃以上温度无凝聚态氧化物产生，2200℃下氧的渗透率仅为10-14g/(cm2·s)。这使得其高温抗氧化温度可达2100℃，可以满足难熔金属在苛刻氧化环境中的服役需求。

Ir涂层在高温下不能“自愈合”，为起到防护作用，涂层必须完整。金属Ir涂层的最高使用温度和有效寿命主要由形成挥发性氧化物损耗以及涂层与基体之间的高温互扩散决定。在Ir涂层表面沉积HfO2、ZrO2、Y2O3和Al2O3等氧化物陶瓷耐蚀层，或采用合金化制备Ir-Ta、Ir-Hf、Ir-Ta-Al、Ir-Pt和Ir-Al等改性Ir涂层，可降低挥发性氧化物损耗对涂层高温防护性能的影响。

然而，高温下金属Ir层与难熔金属发生高温扩散反应，这不仅缩短了金属Ir层的高温服役寿命，还恶化了涂层的高温防护性能，而且，界面扩散反应还会改变难熔金属基材表面的化学成分和显微组织结构，进而影响基体的力学性能。此外，由于Ir和难熔金属基体的熔点高，涂层在制备过程中，往往由于涂层与难熔金属基体之间互扩散不足，导致涂层与基体间结合力弱，进而使得涂层在制备过程以及冷热交替服役环境下易发生开裂和剥落。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种难熔金属表面层状复合Ir/W高温抗氧化涂层，该涂层通过在金属铱涂层和难熔金属基体之间引入金属W层作为粘结层和扩散阻挡层，显著提高了Ir涂层与难熔金属基体之间的界面结合强度，改善了涂层的抗热震性能，且高温条件下涂层与基体之间的互扩散程度显著降低，涂层的寿命明显提高。因而，该涂层在一定程度上解决了金属Ir层与难熔金属基体间结合力不足以及高温下金属铱涂层与难熔金属基体发生高温界面扩散反应致使涂层寿命缩短的问题。

本发明采用的技术方案是：一种难熔金属表面层状复合Ir/W高温抗氧化涂层，其特征在于，该层状复合Ir/W高温抗氧化涂层包括依次制备在难熔合金基体表面的金属W层和金属Ir层，所述金属W层兼具粘结层和扩散阻挡层的双重作用，其厚度为3μm～15μm；所述金属Ir层的厚度为5μm～40μm。