[发明专利]一种耐热冲刷抗热震硅化物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐热冲刷抗热震硅化物涂层，以(Nb,Mo,Ti)Si₂为主相并含有(Ti,Nb,Mo)₅Si₃相，且涂层与铌合金的界面扩散反应层成分为Nb₅Si₃；该涂层的制备方法为：一、铌合金预处理；二、将硅化物涂层的制备原料与分散剂高能球磨得到复合悬浮料浆；三、将复合悬浮料浆预置于预处理后的铌合金表面，烘干后高温熔烧。本发明的耐热冲刷抗热震硅化物涂层在高温氧化条件下形成以TiO₂为“骨架”、填充非晶态SiO₂玻璃膜的“混凝土”结构复合氧化膜，提高了硅化物涂层的抗氧化、抗热冲刷和抗热震性能；本发明的制备方法简单，实现了对硅化物涂层厚度的控制，且不受部件的形状限制，适用于铌合金部件的高温防护。

技术领域

本发明属于难熔金属高温防护技术领域，具体涉及一种耐热冲刷抗热震硅化物涂层及其制备方法。

背景技术

铌具有较高的熔点(2467℃)和较低的密度(8.57g/cm³)，其合金具备优异的高温强度和韧性以及良好的加工性能，在航空航天以及原子能工业中得到了广泛的应用，已较为广泛地用于制作液体姿轨控火箭发动机的喷管。然而，铌合金在超高温氧化环境中应用存在抗氧化难题，因其氧亲和势高，且氧溶解度大，在室温即极易吸氧，并在远低于服役温度时发生严重氧化。因此，为保障铌合金热端部件的高温力学性能和工作寿命，必须对其施加超高温防护涂层。高温氧化条件下，硅化物涂层通过发生Si元素的选择性氧化，生成SiO₂玻璃保护膜，为基体提供防护，展现出了良好的抗高温(1100℃～1450℃)氧化性能，而且，SiO₂玻璃膜在高温下发生软化，能够黏性流动，可以弥补涂层制备过程或氧化过程中形成的裂纹、孔洞等缺陷，展现出了良好的“自愈合”能力，成为铌合金最主要的高温防护涂层。

然而，在超高温(≥1450℃)热冲刷、强热震条件下传统的硅化物涂层自身存在较大局限：一方面，高温生成的保护性SiO₂玻璃膜软化，阻氧能力大幅下降，且不能抵御高温高速气流的冲刷，致使氧化膜发生快速流失，导致涂层快速失效；另一方面，硅化物涂层表面氧化生成的玻璃态SiO₂保护膜与涂层和铌合金基体的热膨胀系数失配度大，保护性氧化膜在冷热循环和强热震条件下极易发生开裂和剥落，导致涂层中的抗氧化性Si元素快速消耗，且难以通过玻璃态SiO₂的流动愈合涂层中的显微裂纹，进而导致铌合金高温部件快速失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐热冲刷抗热震硅化物涂层。该耐热冲刷抗热震硅化物涂层以(Nb,Mo,Ti)Si₂为主相并含有(Ti,Nb,Mo)₅Si₃相，在1100℃～1600℃高温氧化条件下形成以TiO₂为“骨架”、填充非晶态SiO₂玻璃膜的“混凝土”结构复合氧化膜，使得硅化物涂层具有良好的抗氧化性能、抗热冲刷性能和抗热震性能，解决了传统硅化物涂层在超高温下易失效的难题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种耐热冲刷抗热震硅化物涂层，其特征在于，该耐热冲刷抗热震硅化物涂层涂覆在铌合金表面，且厚度为70μm～200μm，该耐热冲刷抗热震硅化物涂层以(Nb,Mo,Ti)Si₂为主相并含有(Ti,Nb,Mo)₅Si₃相，且耐热冲刷抗热震硅化物涂层与铌合金的界面扩散反应层的成分为Nb₅Si₃，其中，(Nb,Mo,Ti)Si₂主相中Mo元素的含量不低于9at％，Ti元素的含量不低于7at％，(Ti,Nb,Mo)₅Si₃相中Ti元素的含量不低于26at％；所述耐热冲刷抗热震硅化物涂层在1400℃和1500℃大气环境中恒温抗氧化寿命不低于100h，在1100℃～1600℃具有良好的热冲刷性能和抗热震性能。