[发明专利]一种铌合金表面MoSi2涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种铌合金表面MoSi₂涂层的制备方法，具体的为：(1)对铌合金表面进行抛光、清洗、烘干；(2)在铌合金表面溅射TiC薄层；(3)配制合金粉末：Mo 50‑60％、Nb 3.5‑7.5％、W 3.0‑6.0％、Cr 2.5‑4.5％、Al 2.0‑5.5％，余量为Si及杂质元素，杂质元素的总量小于0.5％，将合金粉末进行球磨；(4)将合金粉末预置在TiC薄层上；(5)对预置有合金粉末的铌合金进行激光扫描，制成表面MoSi₂涂层。本发明在铌合金和MoSi₂涂层间溅射TiC薄层，提高MoSi₂涂层的机械性能，阻碍铌合金与硅化物涂层之间的元素扩散，提高MoSi₂涂层的服役寿命。

技术领域

本发明属于难熔金属表面工程技术领域，具体涉及一种铌合金表面MoSi₂涂层的制备方法。

背景技术

作为一种重要的难熔金属，铌具有良好的高温强度、机械稳定性和高的延展性，在航天工程领域有着广泛的应用和发展前景，是小推力姿控轨控火箭双组元液体发动机推力室的主要服役材料，在重返大气层航天器和火箭发动机喷管延伸段上都已得到应用。但难熔金属的高温抗氧化性能较差，会发生“灾害性”氧化，目前改善难熔金属高温抗氧化性能的主要研发方向是通过在其表面制备高温抗氧化涂层实现防护。

大量工程实践证明硅化物是难熔金属的可靠涂层防护材料。在硅化物涂层中，MoSi₂的高温抗氧化能力非常优异，高温下发生氧化时在表面形成致密的非晶态SiO₂，可阻挡氧向内部扩散，而且非晶态SiO₂具有流动性，能够弥补氧化进程中出现的微裂纹从而使涂层有自愈能力，可有效保护难熔金属基体不被氧化。

高温硅化物防护涂层既要求具有高的耐热性能，又要求其与难熔金属基体有良好的结合强度，这两者往往是矛盾的。要提高涂层与基体的结合强度，就要在制备涂层时强化扩散过程，但是难熔金属基体与硅化物涂层之间的扩散及界面反应会加速涂层的组织退化和失效。因此，设计与构筑具有阻扩散作用的难熔金属硅化物涂层体系，阻碍涂层主体和基体元素之间的元素扩散具有非常重要的现实意义至关重要。

发明内容

本发明主要提供了一种铌合金表面MoSi₂涂层的制备方法，在铌合金和MoSi₂涂层之间溅射一层TiC薄层，通过随后的激光熔覆工艺在TiC薄层上制备MoSi₂涂层，可以提高MoSi₂涂层的机械性能，阻碍铌合金与硅化物涂层之间的元素扩散，能够有效提高MoSi₂涂层的服役寿命。其技术方案如下：

一种铌合金表面MoSi₂涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铌合金表面进行抛光、清洗、烘干；

(2)在铌合金表面溅射10-25μm厚的TiC薄层；

(3)按以下重量百分比配制合金粉末：Mo 50-60％、Nb 3.5-7.5％、W 3.0-6.0％、Cr 2.5-4.5％、Al 2.0-5.5％，余量为Si及杂质元素，杂质元素的总量小于0.5％，将合金粉末进行球磨；

(4)将合金粉末预置在TiC薄层上；

(5)用激光器对预置有合金粉末的铌合金进行激光扫描，制成表面MoSi₂涂层。

优选的，步骤(2)中溅射的方法为磁控溅射，使用高纯氩气作为溅射气体，氩气气流量为25-35sccm，氩气溅射气压为0.15-0.35Pa。

优选的，步骤(3)中元素Mo、Nb、W、Cr、Al和Si均以合金粉末的形式加入，各元素粉末纯度大于99.5％，颗粒直径小于4.5μm。