[发明专利]一种用于单晶高温合金低扩散单相铂铝涂层的制备方法

说明书

本发明涉及单晶高温合金领域，具体为一种用于单晶高温合金低扩散单相铂铝涂层的制备方法。该方法包括以下步骤：(1)对金属基体预磨、喷砂及除油等表面处理；在基体上采用电镀法电镀Ni‑Re层；(2)采用碱性镀铂液进行镀铂；(3)扩散退火；(4)采用包埋、料浆及CVD化学气相沉积法渗铝，获得高温防护单相铝化物涂层。本发明在单相铂铝涂层与镍基单晶基体间生成以Re为主的致密扩散障，为了提高铂改性铝化物涂层的抗高温氧化及热腐蚀综合性能，同时阻碍或减缓涂层与基体之间的元素互扩散。该方法制备过程简单，可控性高，成本低廉，Re元素含量可控，镀层适用范围广，普适性强。

技术领域

本发明涉及单晶高温合金领域，具体为一种用于单晶高温合金低扩散单相铂铝涂层的制备方法。

背景技术

单晶高温合金消除晶界，明显减少降低熔点的晶界强化元素，初熔温度较铸造、定向凝固高温合金大幅度提高，能够在较高温度范围进行固溶处理，是先进动力推进系统航空发动机叶片所用关键材料。单晶高温合金Al含量一般低于7wt.％，不足以发生选择性氧化生成单一保护性的氧化铝膜，抗高温氧化腐蚀性能较差，服役前需施加高温防护涂层进行保护。目前高温防护涂层主要包括：简单铝化物涂层、M(M＝Ni、Co或Ni-Co)CrAlY包覆涂层及铂铝(主要为单相β-(Ni,Pt)Al)涂层三大类，其中铂铝涂层较前两者具有更为优异的抗高温氧化热腐蚀综合性能。元素Pt能促进Al的选择性氧化、降低S等有害元素的作用，同时还能提高涂层生成保护性氧化铝膜的粘附性能，因此抗氧化性能优异。然而，与其他高温防护涂层一样，铂改性铝化物涂层在提高镍基单晶高温合金抗氧化性能的同时，也会因涂层/基体间元素互扩散导致基体单晶合金力学性能(高温持久、疲劳等)的明显下降。因此，为了保证铂铝涂层的优异抗高温氧化性能的同时较少降低镍基单晶高温合金力学性能，必须要解决铂铝涂层与镍基单晶高温合金之间元素互扩散问题，通过减缓涂层退化速率的方式提高镍基单晶高温部件(例如：航空发动机叶片)的使役寿命。在涂层与基体间添加难熔元素如：Re、Ta、W等，可降低涂层与基体之间的互扩散。

采用EB-PVD(电子束物理气相沉积)的方法在基体上沉积纯金属Re的方法也可制备金属扩散障，但此方法需要大型EB-PVD设备，成本高昂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于单晶高温合金低扩散单相铂铝涂层的制备方法，在单相铂铝涂层与镍基单晶基体间生成以Re为主的致密扩散障，为了提高铂改性铝化物涂层的抗高温氧化及热腐蚀综合性能，同时阻碍或减缓涂层与基体之间的元素互扩散。

本发明的技术方案是：

一种用于单晶高温合金低扩散单相铂铝涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)表面处理方法：对基体进行预磨、喷砂处理，之后用碱洗及超声处理方法除油；

(2)处理后的基体进行Ni-Re电镀：电镀液为硫酸镍、氯化钠、硼酸、硫酸钠、高铼酸钾、十二烷基硫酸钠配制的水溶液，pH值维持在4～5.5之间，将配好的溶液在水浴40～65℃，电流密度为1～5A/dm²，以纯镍板为阳极进行电镀，电镀Ni-Re层厚度为2～10μm；

(3)在制备好的Ni-Re镀层上进行镀铂：采用碱性镀铂工艺，镀铂时pH值维持在7～11之间，电镀时温度控制在60～90℃；电流密度范围为为1～5A/dm²，以纯铂或镀铂钛网为阳极进行电镀，镀Pt层厚度为3～8μm；

(4)将电镀后的镀层在真空退火炉中进行退火：真空退火炉内气压小于6×10^-3Pa，退火时升温速率在10℃/min以下；退火过程中先在400～700℃保持2～4h以去除镀层残留的氢气，防止鼓包现象发生；除氢后继续加热至1000～1100℃保温1～4h，炉冷至室温；

(5)经过扩散退火后，采用化学气相沉积或非接触气相法渗铝，获得含有Re阻扩散障的低扩散NiRePtAl涂层。