[发明专利]一种耐高温耐磨MCrAlSiC复合涂层

说明书

本发明涉及一种耐高温耐磨MCrAlSiC复合涂层，包括抗高温氧化颗粒，耐磨颗粒和包裹颗粒的M基。所述的复合涂层内抗高温氧化颗粒为CrAl合金颗粒或使用Cr颗粒与Al颗粒混合；所述的硬质颗粒为SiC，包裹颗粒的M基为Ni，Co，Fe或其组合。制备工艺为电泳‑电沉积两步法，具体来说，先电泳沉积CrAl颗粒和SiC颗粒从而获得颗粒均匀分布疏松多孔的CrAlSiC涂层；再通过电沉积M使其从CrAlSiC/基体界面向CrAlSiC涂层表面生长，从而获得致密的MCrAlSiC复合涂层。MCrAl涂层具有优异的机械性能和抗高温氧化性能。

技术领域

本发明涉高温防护领域，具体的说是耐高温耐磨MCrAlSiC复合涂层。

背景技术

MCrAl(Y)（M=Ni，Co，Fe或其组合）在高温下可热生长Al₂O₃或Cr₂O₃膜，进而提高热端部件的抗高温氧化和热腐蚀性能,故常用于航空发动机压气机叶片、涡轮叶片以及燃气轮机叶片。而在实际的服役过程中，摩擦磨损失效也是导致在高温下服役的结构零部件如航空发动机叶片失效的重要原因。因此，这些高温部件表面的包覆涂层不仅需要优异的抗高温氧化性能，同时也需要良好耐磨性能。现有的涂层，一般是只具有良好的抗高温氧化及热腐蚀性能，因为没有硬质颗粒而不具备较好的耐磨性能，如公开号为“CN106756819A”，名称为“一种MCrAlY高温防护涂层制备方法”的专利；或只具有优异的耐磨性能，却不含抗高温氧化元素，如公开号为CN105506526A，名称为“铝合金表面Ni-SiC复合镀层的制备方法及其电镀液”的专利，Ni-SiC复合镀层因含有SiC颗粒，故而具有较好的硬度和耐磨性能，相关专利并未研究其抗氧化性能。根据高温氧化知识，涂层在氧化环境下能热生长连续致密的Al₂O₃、Cr₂O₃或SiO₂膜就会具有良好的抗氧化性能。一般Ni-SiC涂层的抗氧化性能相比于MCrAl(Y)涂层差很多。这是由于其不含有CrAl等抗氧化元素，再加上电镀涂层内Si的含量不足以保证其在服役条件发生Si的选择性氧化而生成SiO₂保护膜，可想而知其抗氧化性能会比较差。为填补此空缺，本专利提供了同时具有优异的抗高温氧化和耐磨性能的MCrAlSiC复合涂层的制备方法，并研究了其抗高温氧化性能和摩擦磨损性能。本专利提出先电泳-电镀制备MCrAlSiC涂层，工艺分两步。一、电泳沉积CrAl颗粒和SiC颗粒的混合粉体，从而获得疏松多孔的CrAlSiC涂层；二、在CrAlSiC涂层内电沉积M，从而获得致密的MCrASiC涂层。这种电泳-电镀工艺相对于传统复合电镀工艺，成本大大降低，两步法制备涂层内颗粒的含量相比于复合电镀工艺制备涂层内颗粒含量也大大提高，从而可以保证涂层涂层同时具有较好的抗高温氧化性能和耐磨性能，因而具有很好的推广价值。

发明内容

针对这些问题，本发明的目的在于提供同时具备优异的抗高温氧化性能和耐磨性能的MCrAlSiC涂层。

其制备方法分两步进行，（1）在基材上用电泳沉积制备疏松多孔的CrAlSiC层；（2）将多孔状CrAlSiC涂层包覆的基材放入含M（M=Ni、Fe或Co或其组合）电镀溶液中进行电沉积，从而获得MCrAlSiC型复合镀层。

具体实施步骤如下：步骤（1），以金属Ni、Ni基合金、Fe、Fe基合金或不锈钢为基材，电泳溶液含有CrAl颗粒与SiC颗粒。将基体放入电泳溶液中，通直流电进行电泳沉积，从而获得疏松多孔的CrAlSiC涂层；（2）将CrAlSiC涂层包覆的基体放入电镀液中进行电镀，沉积M，（M为Ni，Fe，Co或其组合），从而获得MCrAlSiC涂层。另外，可以根据服役的温度和摩擦磨损情况，调控涂层内的CrAl和SiC颗粒的含量和比例，从而获得适合该服役环境的耐高温耐磨复合涂层。

本方法制备工艺简单、操作方便、成本低廉，在复杂形状部件上也易于制备；涂层成分易于控制，以适应不同的服役环境，涂层同时具有优异的抗高温氧化性能和耐磨性能，因而易于工业推广。