[发明专利]一种纯钨表面硅铝共渗抗氧化复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种纯钨表面硅铝共渗抗氧化复合涂层的制备方法，采用包埋渗技术能有效延长纯钨在高温环境中的使用寿命。通过控制渗剂成分、共渗温度和时间等获得不同厚度的涂层，涂层表面富Al、Si，在高温环境中生成连续致密的Al₂O₃相、SiO₂相等，从而延缓涂层的退化，表现出良好的抗高温氧化性能。

技术领域

本发明属于难熔金属表面改性方法技术领域，具体涉及一种纯钨表面硅铝共渗抗氧化复合涂层的制备方法。

背景技术

难熔金属钨具有熔点高，在受控热核聚变能领域具有广泛的应用前景。然而纯钨在400℃以上的高温环境中极易被氧化，严重制约了它作为高温材料的使用。目前，常见的抗氧化手段有合金化和表面处理。相比较而言，合金化方法改善高温抗氧化性能有一定的局限性，通常是以损失强度和加工性能为代价，而表面防护涂层对金属的力学性能影响很小，并能显著提高基体的抗氧化性能。因此，在纯钨表面制备抗氧化涂层是提高纯钨抗氧化性能的可行途径。

硅铝化物涂层具有熔点高、热稳定性好，抗氧化性能优异的特点，适用于合金的高温抗氧化防护。包埋渗工艺是一种化学热处理技术，是把基体材料包埋在惰性填充剂、金属涂层元素以及卤化物活性剂组成的包渗箱中，在惰性气氛中进行热处理，通过整齐迁移和扩散以形成涂层。涂层与基体金属间是冶金结合，因而非常牢固，不易脱落，这是其他涂层方法所不及的。

目前，通过包埋渗法在纯钨表面制备抗高温的硅铝化物渗层的制备技术及其应用尚属空白。因此，研究和实现纯钨表面抗氧化的硅铝化物涂层的制备技术对纯钨高温材料在工程应用上具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纯钨表面硅铝共渗抗氧化复合涂层的制备方法，能够显著提高复合涂层的抗氧化性能。

本发明纯钨表面硅铝共渗抗氧化复合涂层的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1：基体的前处理

将纯钨基体经过120^#、240^#、400^#、600^#和1000^#碳化硅砂纸逐级打磨，超声清洗并烘干后得到表面清洁平整的纯钨试样；

步骤2：配制包埋渗剂

将铝粉、硅粉、氟化钠粉、氧化铝粉末混合后放入行星式球磨机中混合均匀并细化，得到包埋渗剂；

步骤2中，铝粉、硅粉、氟化钠粉以及氧化铝粉末的纯度均不低于99.0％；

步骤2中，铝粉、硅粉、氟化钠粉以及氧化铝粉的配比按照质量百分比构成为：铝粉0-30％，硅粉0-30％，氟化钠粉1-5％，氧化铝粉65-80％。

步骤2中，球磨机转速为200-500转/分钟，球料比为10：1，球磨时间为2-6h，球磨罐和磨球材质均为碳化钨。

步骤3：硅铝共渗

将纯钨试样包埋于装有包埋渗剂的方舟中并将方舟密封，先抽真空至高温管式炉内气压至0.02MPa以下，再向高温管式炉内充入氩气至大气压，控制高温管式炉温度为800-1200℃，保温时间为3-10h，随炉冷却至室温后在纯钨试样表面获得Al-Si涂层。

本发明的有益效果是：

1、本发明制备的高温抗氧化涂层制备工艺稳定可靠，渗层表面组织均匀、致密。

2、本发明采用包埋渗技术能有效延长纯钨在高温环境中的使用寿命。涂层表面富Al、Si，在高温环境中生成连续致密的Al₂O₃相、SiO₂相等，从而延缓涂层的退化，表现出良好的抗高温氧化性能。