[发明专利]一种在钨或钨合金表面制备硅化钨涂层的方法

说明书

本发明涉及一种在钨或钨合金表面制备硅化钨涂层的方法，以硅粉为原料，采用等离子体喷涂技术在金属钨或钨合金基体表面制备硅涂层，然后置于惰性气氛中在1000～1500℃下热处理1～10小时，从而在基体表面形成硅化钨涂层。本发明所述制备方法具有工艺简单、成本低、效率高、可重复性好、适合规模化生产等优点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种硅化物涂层的制备方法，特别涉及一种在钨或钨合金表面制备硅化钨涂层的方法，属于高温防护涂层技术领域。

背景技术

钨(W)是熔点最高的金属，具有良好的高温强度，是一种重要的高温结构材料。然而，钨与钨合金在高温有氧环境中容易氧化，生成不具有保护性的氧化物(WO₃)，失去其优异的高温性能。为了改善钨与钨合金的高温抗氧化性能，目前较为可行的方法是在其表面制备高温抗氧化涂层。

二硅化钨(WSi₂)是一种重要的高温抗氧化涂层材料。其抗氧化性能得益于高温(大于1300℃)有氧环境中表面形成的致密SiO₂保护层，阻止氧气的向内扩散，达到抗氧化的目的【1.K.Kurokawa,A.Yamauchi,Classification of oxidation behavior ofdisilicides,Solid State Phenomena 127(2007)227-232】。

目前制备WSi₂涂层的方法主要包括化学气相沉积(CVD)法、包埋法等。Yoon等人采用CVD法在高温(1000℃～1200℃)环境中通过SiCl₄和H₂混合气使得Si沉积到W金属表面形成WSi₂涂层【2.J.Yoon,K.Lee,S.Chung,I.Shon,J.Doh,G.Kim,Growth kinetics andoxidation behavior of WSi₂ coating formed by chemical vapor deposition of Sion W substrate,Journal of Alloys and Compounds 420(2006)199-206】。其研究表明WSi₂涂层在1300℃时氧化速率较低，表面形成致密SiO₂保护层，能够长时间(20h)保护基体。该方法制备的涂层结构较致密，但CVD法对反应体系的要求高、沉积效率较低，制备周期长，同时难以制备复合涂层。Alam等采用包埋法在钨金属表面制备了WSi₂涂层，将W基体埋于25％Si-5％F-70％Al₂O₃(wt.％)的混合粉末中，在1100℃高温热处理6h形成外层为WSi₂和过渡层为W₅Si₃的硅化钨涂层【3.M.Alam,S.Saha,B.Sarma,D.Das,Formation of WSi₂coating on tungsten and its short-term cyclic oxidation performance in air,Int.Journal of Refractory Metals and Hard Materials 29(2011)54–63】。然而包埋法存在一些问题，如受重力影响导致涂层厚度和结构不均匀，硅含量无法有效控制导致存在残余硅、表面难以清理，难以实现在部件局部区域制备涂层等。等离子体喷涂技术具有沉积效率高、涂层成分和厚度可控、可快捷修复失效涂层、易实现工业化生产等特点。但是单一的等离子体喷涂技术制备的涂层与基体间的结合方式以机械咬合为主，存在明显的界面，由于热膨胀系数相差较大(W:4.5×10^-6·K^-1，WSi₂：8.5×10^-6·K^-1)，使得涂层与基体间的结合性能有待进一步改善。

发明内容