[发明专利]一种抗高温性氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗高温性氧化涂层及其制备方法，该抗高温性氧化涂层由以下原料成分及含量熔炼而成：Ni 10‑18wt％、CeO₂ 7‑15wt％、V 10‑20wt％、ZrO₂ 5‑10wt％、M_OSi₂ 8‑18wt％、B 3‑10wt％、余量为Mo。本发明制备的涂层结合强度高，与基体热匹配性好，抗热震能力强，具有优异的高温抗氧化性能，有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于涂层材料制备领域，具体涉及一种抗高温性氧化的涂层合金粉料及其制备方法。

背景技术

钼及钼合金是一种重要的高温结构材料，具有优异的高温强度和高温硬度，良好的抗热震性能、耐热疲劳性能等优点，广泛应用于航空、航天与核工业领域。但钼抗氧化性能极差，600℃左右就会发生剧烈氧化，严重制约了其在高温有氧环境下的工程应用。另一方面，近年航空、航天及核工业又取得了显著进展，各类飞行器速度不断提高、火箭发动机动力系统不断增强以及核反应堆上关键钼合金部件服役温度逐渐升高，部分钼合金部件需要在1700℃短时工作数分钟到数小时，这对钼合金材料及部件提出了日益增长的新要求。因此，研制使用温度更高、能承受高温与高速气流冲刷且制备工艺简单的抗氧化涂层成为目前钼及其合金高温防护的研究热点。

现有钼或钼合金的高温抗氧化涂层制备均采用包渗法或料浆包渗法，通过固相扩散形成防护涂层，见G.M.Pound等著的“高温抗氧化涂层”(High Temperature Oxidation-Resistant Coatings)一书。包渗法，是将被渗制的钼零件埋入装有金属料粉的料盒中在982～1200℃的高温下经历12-24小时，甚至更长的时间多次热处理，在钼零件表面和金属料粉之间产生固相扩散而形成涂层。料浆包渗法也只是在零件埋入料盒前，在零件表面上先涂一层料浆，而其他工艺和包渗法相同。可见，这两种工艺都比较复杂，且需要有庞大的料盒和大量的料粉，以便将零件埋在其中，这两种方法渗制的时间都非常冗长、耗电大、成本高。而且对于形状复杂的大部件，涂层厚度的均匀性不易保证，抗氧化性能不稳定。

而钼合金防护涂层体系中，镍基和钴基等耐热合金涂层在1100℃下可有效防护100～500小时，但防护温度局限于1300℃以下，且会因互扩散和热膨胀系数不匹配导致脱皮现象；铝化物涂层制备工艺简单、成熟，对基体机械性能退化的影响小，可在1500℃以下温度有效防护，但不适宜于热冲击环境和1600℃以上温度；氧化物涂层潜力突出，能在1920℃(Al₂O₃)和2200℃(ZrO₂)短时、单次为钼合金提供有效的氧化防护，但纯氧化物涂层热膨胀系数与钼合金不匹配，易开裂脱落，复合氧化物涂层工艺复杂、技术尚不成熟；贵金属涂层性能优越，NASA研制的铼/铱发动机已成功应用于空间飞行器，国内昆明贵金属研究所等机构在难熔金属上制备了性能良好的贵金属涂层，但贵金属涂层制备成本昂贵，工艺及设备要求高；硅化物涂层是目前钼合金最常用的防护涂层体系，制备工艺相对成熟、涂层性能可靠且具有良好的高温自修复能力，国外Chromizing、Pfaudler、Rattelle等公司研制了不同牌号硅化物涂层，国内航天材料研究所、中科院硅酸盐研究所、宁夏东方钽业有限公司、中南大学等一大批科研院所均开展了钼合金硅化物涂层研制工作，但纯硅化物涂层难以满足1700℃以上温度、有气流冲刷的使用环境，目前常对硅化物涂层进行改性处理以提高其热防护性能。