[发明专利]一种应用于镍基合金表面的微晶玻璃涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及防护涂层技术，具体地说，涉及一种应用于镍基合金表面的高温抗氧化耐腐蚀微晶玻璃涂层及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金是航空发动机等各种热部件所使用的主要材料，同时，它还在燃气机轮、火力发电和原子能工业领域获得广泛应用。随着科学和工业技术的发展，这些领域的部分构件的使用温度在不断提高。尤其是在航空航天领域，为了提高飞机的机动能力和经济效益等，要求增大涡轮发动机的推重比或推前比，热端部件的使用温度要求越来越高，已经达到高温合金和单晶材料的极限温度。以燃气轮机的受热部件如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100℃，已超过了高温镍合金使用的极限温度(1075℃)。因此，提高镍基高温合金部件的耐高温等性能非常必要。

研究发现，将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温的优点结合起来所制备出的热障涂层能够解决上述问题。热障涂层是一层陶瓷涂层，它沉积在粘结层的表面，对基底材料起到隔热作用，使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片)能在高温下运行。实验表明，热障涂层在燃气涡轮发动机上应用时具有以下优点：(1)在基体金属温度不变的情况下可以提高燃气的温度，从而提高效率和寿命；(2)热障涂层可使冷却空气减少，为发动机总压比的提高提供了条件，而发动机总压比的提高可显著降低燃油消耗；(3)热障涂层可以减缓热迁移，减少热疲劳，同时具有抗氧化性、耐腐蚀和耐磨损等特点。

目前，MCrAlY型涂层作为粘结层在这一领域的应用最为广泛，对MCrAlY型涂层的研究也较为活跃。

例如，中国发明专利CN102115866A公开了一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层，所述涂层满足下述要求：含8wt％-25wt％的Cr、30wt％-40wt％的Al和0.3wt％-1.5wt％的Y。该涂层能有效提高高温合金零件的使用寿命，能够在1100℃以下的环境中，有效提高基体的抗氧化性能，在900℃以下，含有Cl^-的热腐蚀环境中，提高基体抗热腐蚀的性能。

中国发明专利CN1536033公开了一种NiCoCrAlYSiB抗热腐蚀高温防护涂层及其制备方法。所述涂层中各元素的含量为Co：28-35wt.％，Cr：17～23wt.％，Al：5～12wt.％，Y：0.1～0.6wt.％，Si：0.9～1.1wt.％，B：0.02～0.04wt.％，Ni：余量。采用电弧离子镀技术制备这种防护涂层，所得涂层的抗热腐蚀及高温氧化性好，生产效率高。

但是，上述涂层的缺点是原料成本高，工艺复杂，且TGO层的生长限制了涂层的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一，是提供一种应用于镍基合金表面的微晶玻璃涂层，制备该微晶玻璃涂层的原料组成为：30-40质量份的二氧化硅，10-15质量份的氧化镁，15-25质量份的氧化铝，10-15质量份的二氧化钛，5-15质量份的氧化硼，10-20质量份的碳酸钠或15-25质量份的碳酸氢钠以及0.5-1.5质量份的镍。

本发明的目的之二，是提供一种微晶玻璃涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料的准备：

称取所需原料，研磨后充分混合；

(2)原料的熔制：

将混合原料置于坩埚中，然后放入马弗炉中升温至1300-1500℃加热，得到玻璃熔液，保温待用；

(3)玻璃熔块的制备：

将步骤(2)所得玻璃熔液倒入预热至500-600℃的钢板模型中，立即放入温度为500-600℃的马弗炉内，随炉冷却至室温，得到玻璃熔块；

(4)玻璃料浆的制备：

将步骤(3)所得玻璃熔块粉碎至60-100目，倒入球磨罐中，以100质量份玻璃熔块计，加入15-20质量份的玻璃粉，25-30质量份的去离子水和50-70质量份的刚玉球，球磨10-30分钟，然后加入0.5-1.5质量份的镍粉，继续球磨得到玻璃料浆，陈化待用；

(5)镍基合金表面的预处理：

用砂纸将镍基合金表面打磨平滑，先用碱水清洗，然后用去离子水清洗，并干燥；

(6)玻璃料浆的涂覆：

将步骤(4)所得玻璃料浆涂覆在步骤(5)所得合金的表面，并干燥；

(7)玻璃涂层的核化和晶化处理：