[发明专利]抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及高温防护技术，特别提供一种可用于高温合金零部件的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法。该搪瓷涂层由搪瓷釉、耐热金属和陶瓷颗粒组成，搪瓷釉65～75％，耐热金属颗粒2～6％，陶瓷颗粒23～35％；其中，搪瓷釉的配方为：二氧化硅61～67％、二氧化锆6～11％、三氧化二铝3～10％、三氧化二硼4～9％、氧化钙1～7％、氧化锶7～13％、氧化钾2～6％。本发明通过搪瓷釉的配方设计、耐热金属颗粒的增韧、难熔陶瓷颗粒的强化、三氧化二铬的改性以及稀土氧化物对搪瓷组织结构的调整，提高涂层的高温氧化以及力学综合性能，使该高温搪瓷涂层兼具抗氧化、耐腐蚀以及抗冲击的优异综合性能。

技术领域：

本发明涉及高温防护技术，特别提供一种可用于高温合金零部件的抗氧化、耐腐蚀、抗冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法。

背景技术：

随着服役环境的日趋苛刻，大部分高温结构材料需要同时满足高温力学性能与抗腐蚀性能等多项指标的要求。而单从成分设计(调整)出发，高温合金很难实现力学性能与抗高温腐蚀性能的综合最优化，两者对成分的要求往往是相互矛盾的。因此，在通过成分调整满足合金力学性能的前提下，通常以施加高温防护涂层的方法来提高高温合金的耐高温腐蚀性能。

当前，高温防护涂层主要包括金属涂层与陶瓷涂层。其中，常用的金属涂层有渗铝涂层以及包覆MCrAlY涂层。在高温使用过程中，金属涂层由于与合金基体成分上的巨大差异，存在明显的互扩散，严重影响合金的高温力学性能。此外，在热腐蚀环境中，金属涂层表面生成的氧化物在沉积盐中会持续溶解，不能快速形成完整的保护性氧化膜，热腐蚀速率较快。相比较而言，陶瓷涂层的抗热腐蚀性能较金属涂层优异，但是由于其与合金基体较大的线热膨胀系数差以及较弱的界面结合，在热循环条件下，涂层容易开裂剥落，从而丧失对合金基体的高温防护作用。

除了传统的金属涂层与陶瓷涂层之外，还有一种非常适合于熔盐、气氛等苛刻环境下的高温防护涂层，即搪瓷涂层。搪瓷涂层在烧结制备的过程中，能与合金基体发生反应形成界面的化学结合，尤其适合于高温合金。因此，在热循环条件下，搪瓷涂层的抗界面剥落能力优于传统的陶瓷涂层。加上其优异的阻氧扩散能力，搪瓷涂层的抗高温氧化性能又优于传统的金属涂层。搪瓷涂层主要由硅氧四面体结构组成，通过在硅氧四面体的间隙中添加其他四价、三价、二价甚至一价离子，形成玻璃网状结构。

但是，普通的搪瓷涂层作为高温合金的高温防护涂层，还面临以下的三个问题：(1)搪瓷涂层中由于含有过量的低熔点组元(如：ZnO、Na₂O等)作为助溶剂，在高温服役的过程中，搪瓷涂层中的低熔点组元容易与合金基体中的Cr发生反应，并最终在涂层表面进一步氧化生成大量的铬酸盐尖晶石类腐蚀产物，如：ZnCr₂O₄，大幅度降低搪瓷涂层抗氧化性能；(2)大量低熔点组元的加入，打断硅氧四面体中的硅氧键，使得腐蚀介质中的合金离子更容易渗透进入搪瓷涂层，从而进一步降低搪瓷涂层的软化点，使得硫以及氯离子能够更加容易地渗透通过搪瓷涂层直至合金基体，严重影响搪瓷涂层的耐热腐蚀能力；(3)搪瓷中的玻璃相在高温下极不稳定，易析出各种形状、类型的晶体，由于析出晶体与搪瓷中玻璃相在热物理性能上的不匹配，产生较大的内应力，搪瓷涂层的抗热冲击性能受到很大影响。

综上，目前搪瓷涂层在高温合金上的应用，还需解决以下三大问题，即搪瓷涂层的抗高温氧化、耐热腐蚀以及抗热冲击。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗氧化、耐腐蚀、抗热冲击的高温搪瓷涂层及其制备方法，解决现有搪瓷涂层应用于高温腐蚀环境中抗氧化、耐腐蚀以及热冲击性能欠佳等问题。

本发明的技术方案是：