[发明专利]一种Re-Si共改性铝化物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Re‑Si共改性铝化物涂层及其制备方法，属于高温防护涂层技术领域。采用复合电镀加电弧离子镀的工艺，在Ni基高温合金上沉积Re‑Si共改性铝化物涂层。具体包括以下步骤：表面处理；采用复合电镀技术在基体上沉积Ni‑Re层；在电镀后得到的Ni‑Re层上使用电弧离子镀沉积AlSiY获得沉积态涂层；对获得的沉积态涂层在真空退火炉中退火获得Re‑Si共改性高温防护铝化物涂层。本发明的优点：制备工艺简单；成分可控性高；涂层中分布有带状的γ’‑Ni₃Al相，有利于提高涂层的韧性；可获得CrReW均匀分布于β‑NiAl外层的涂层结构。

技术领域

本发明涉及高温防护涂层技术领域，具体涉及一种Re-Si共改性铝化物涂层及其制备方法。

背景技术

高温合金由于具有优异的高温抗拉强度、蠕变等性能，广泛应用于航空航天领域。为了提高发动机的工作效率，需不断提高进气口的温度。但是，从高温合金的成分上来看，难以同时兼顾力学性能和抗高温氧化性能，提高镍基高温合金中有利于合金的抗高温氧化和抗热腐蚀性能的Al和Cr元素含量，却会降低合金的力学性能。为解决力学和抗高温氧化性能不可兼得这一矛盾，常用方法是在高温合金表面施加防护涂层，以提高发动机的使用寿命。

常见的高温防护涂层主要分为简单铝化物涂层、改性铝化物涂层、MCrAlY涂层和热障涂层。简单铝化物涂层，其工艺简单和制备成本低，但是不易按要求控制，由于涂层和基体间的互扩散使基体的机械性能下降较快。而且，抗氧化和热腐蚀性能也不理想。因此，在更为恶劣的环境中，简单铝化物涂层已经不能满足性能要求。

为了提高涂层的抗氧化和热腐蚀性能，以及抑制涂层和基体间的互扩散。研究人员在简单铝化物中加入了Pt、Cr、Si、Re、Zr等活性元素制备改性铝化物涂层和Y、Dy等稀土改性铝化物涂层。或者加入多种活性元素，制备成多元素共改性铝化物涂层。

铝化物涂层的常用的制备方法有固体粉末包埋法、料浆法、气渗法和物理气相沉积。但是，固体粉末包埋法渗铝剂和工件相接触，制备的涂层表面状况差；料浆法工艺不够完善，扩散涂层厚度不均匀和涂层不致密；气渗法成分可控性差。有学者使用EB-PVD制备Re改性铝化物涂层合金，但是EB-PVD设备复杂，有效沉积效率低，成本过高。并且Re的蒸气压低使用物理气相沉积较为困难。因此，提供一种制备工艺简单、成分可控、经济的改性铝化物涂层具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种Re-Si共改性铝化物涂层及其制备方法，该方法利用电镀和电弧离子镀技术制备出Re-Si共改性铝化物涂层，有效的解决了现有工艺复杂、涂层质量低、成分难控制和成本高等问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种Re-Si共改性铝化物涂层的制备方法，该方法首先利用复合电镀在镍基高温合金基体上沉积Ni-Re层，然后采用电弧离子镀和真空退火制备Re-Si共改性铝化物涂层。该方法包括如下步骤：

(1)电镀前预处理：电镀前预处理包括依次进行的电化学除油和活化处理，通过预处理去除基体表面氧化层，提高电镀层与基体的结合力；

(2)复合电镀沉积Ni-Re层：将预处理后的基体进行复合电镀，电镀液组成为：1×10^-4～1×10^-3mol/L的高铼酸钾(KReO₄)，0.1～0.5mol/L的柠檬酸，0.1～0.5mol/L的Ni₂SO₄，其余为水；用氨水调节电镀液pH值为6～10；复合电镀过程中，电镀液温度为30-70℃，电流密度为1-6A/dm²，电镀时间为5-30min；

(3)将复合电镀Ni-Re层后的试样在去离子水中超声清洗后，烘干放入干燥箱中备用；

(4)在电镀后得到的Ni-Re层上采用电弧离子镀(AIP)沉积AlSiY涂层，沉积时间为2-5h；