[发明专利]一种镁合金表面新结构热障涂层及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料表面改性领域，涉及一种镁合金表面新结构热障涂层及其制备方法。解决现有NiCoCrAlY/YSZ热障涂层由于基体的氧化烧蚀以及涂层与基体的热膨胀不匹配，导致热障涂层与基体的结合稳定性差，TBC易脱落，热震寿命不高的技术问题。本发明是由Ni‑P/Al/Ni‑P过渡层、NiCoCrAlY粘结层和YSZ陶瓷面层组成的新结构热障涂层，显著地提高了热障涂层的热震寿命。本发明提供的制备方法通过在镁合金表面设计制备了一种新型的Ni‑P/Al/Ni‑P“三明治结构”过渡层，从而解决了APS过程中由于等离子火焰对镁合金基体的氧化烧蚀以及涂层与基体的热膨胀不匹配而导致TBC与镁合金基体界面结合稳定性差的难题，从而显著地提高镁合金表面TBC的结合强度和高温热震寿命。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性领域，具体涉及一种镁合金表面新结构热障涂层及其制备方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度等特点，在汽车、航空航天、武器装备等行业具有重要的应用前景。然而镁合金的耐热性、耐蚀性和耐磨性能较差，大大限制了其在高温氧化环境中的应用。在镁合金表面制备YSZ(Y₂O₃稳定的ZrO₂)热障涂层(Thermal BarrierCoating,TBC)是提高镁合金耐热、耐蚀和耐磨性能的一种重要方法。

公开号为CN 102277606A的中国专利公开了一种在镁合金表面采用等离子电解-电泳复合处理技术制备ZrO₂复合陶瓷膜。该方法得到的微弧氧化膜层具有较好的耐磨性、耐蚀性，但是此膜层是由多种氧化物组成的复合陶瓷膜层，热震时氧化膜层强度大幅度降低，氧化膜层会很快破碎剥落，膜层优异的高温性能难以发挥。文献报道[Journal ofThermal Spray Technology,2011,20(4):948-957],在镁合金表面采用大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)技术制备了NiCoCrAlY/YSZ热障涂层，尽管相比于上述专利公开的ZrO₂复合陶瓷膜的热震寿命有所提高，但是由于APS对镁合金基体的氧化烧蚀以及NiCoCrAlY/YSZ涂层与镁合金基体的热膨胀不匹配，导致涂层与镁合金基体的界面稳定性欠佳，涂层仍然容易脱落，其热震寿命有待进一步提高。

发明内容

本发明要解决现有技术中制备的NiCoCrAlY/YSZ热障涂层由于基体的氧化烧蚀以及涂层与基体的热膨胀不匹配，导致热障涂层与基体的结合稳定性差，TBC易脱落，热震寿命不高的技术问题，提供一种镁合金表面新结构热障涂层及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种镁合金表面新结构热障涂层，该热障涂层是依次由三明治结构的Ni-P/Al/Ni-P过渡层、NiCoCrAlY粘结层和YSZ陶瓷面层组成。

在上述技术方案中，所述Ni-P/Al/Ni-P过渡层中上、下的Ni-P层的厚度相同，均为20-40μm，Al层的厚度为90-110μm，所述NiCoCrAlY粘结层的厚度为50-150μm，所述YSZ陶瓷面层的厚度为100-300μm。

在上述技术方案中，所述Ni-P/Al/Ni-P过渡层中上、下的Ni-P层的厚度相同，均为30μm，Al层的厚度为100μm，所述NiCoCrAlY粘结层的厚度为100μm，所述YSZ陶瓷面层的厚度为200μm。

一种镁合金表面新结构热障涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：对镁合金基体进行预处理，得到预处理后的镁合金基体；

步骤二：运用酸性化学镀方法对步骤一预处理后的镁合金基体依次进行除油、碱洗、酸洗、活化、化学镀镍，从而在镁合金基体表面制备出Ni-P层；

步骤三：在步骤二制备的Ni-P层表面通过APS技术喷涂Al粉末，制备出Al层；