[发明专利]一种二硅化钼复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二硅化钼复合涂层及其制备方法，利用等离子弧喷焊技术，以B、Al、Cr合金元素改性的二硅化钼复合粉末或ZrB₂、SiB₆、LaB₆颗粒增强的二硅化钼复合粉末为喷焊粉末，在金属钼、铌、钽及其合金材料表面制备0.5～6mm厚的二硅化钼复合涂层。利用本发明一种二硅化钼复合涂层的制备方法制备的二硅化钼复合涂层在900℃～1700℃的大气气氛中具有优异的高温抗氧化性能，为难熔金属零部件提供了长寿命的有效防护。本发明提供的工序简单、涂层成分设计灵活、生产效率高、成本适中，具有推广应用价值。

技术领域

本发明属于高温抗氧化涂层技术领域，涉及一种二硅化钼复合涂层；本发明还涉及该二硅化钼复合涂层的制备方法。

背景技术

难熔金属钼、铌、钽及其合金具有高熔点、优异的高温力学性能、高温抗蠕变强度大、耐磨损等优点，从而被广泛用于航空、航天、能源及运输等领域。高温下使用的结构材料，不仅要具有较高的高温强度和断裂韧性，而且还要具备一定的高温抗氧化性能。但是难熔金属钼、铌、钽及其合金在氧化性气氛中，当温度高于600℃，就会发生严重的氧化现象，且温度越高，氧化越严重，最终由于剧烈的氧化腐蚀导致材料失去高温承载能力而失效，这一缺点严重限制了难熔金属及其合金作为高温材料的应用。因此，改善难熔金属及其合金的高温抗氧化性能，延长其高温服役寿命具有重要的意义。有研究表明，表面涂层技术能够有效提高难熔金属及其合金高温抗氧化性能。

MoSi₂是Mo-Si二元合金系中含硅量最高的一种中间相，具有很高的熔点(2030℃)，极好的高温抗氧化性能，其抗氧化温度可达1800℃，是金属硅化物中最好的，与硅基陶瓷相当，因此可以用来制备MoSi₂涂层在氧化性气氛中使用。研究表明，MoSi₂良好的高温抗氧化能力来源于在高温下工作时，其表面可以生成一层致密连续具有自愈合性的SiO₂保护膜，阻止了氧对内部MoSi₂的进一步氧化，从而起到了保护基体的作用。但是MoSi₂涂层具有低温脆性、制备过程中热应力大以及与基体热膨胀系数的差异可能导致涂层产生裂纹或剥落，同时在氧化过程中容易退化形成抗氧化性差的Mo₅Si₃使得MoSi₂涂层失效，所以可以通过改性合金元素B、Cr、Al等进行改善其抗氧化性，也可以通过添加一定量的ZrB₂、SiB₆、LaB₆等颗粒对涂层进行增韧的同时提高抗氧化性。

目前应用最多的制备MoSi₂涂层的方法主要有热浸渗、包覆扩散渗Mo/Si、化学气相沉积(CVD)和真空烧结等工艺，但是以上制备方法通常对设备要求高、涂层制备效率低、涂层成分不易控制，最主要的是这些方法制备的涂层厚度一般只有几个微米，在高温氧化性气氛中极易氧化失效，极大的限制了MoSi₂涂层的使用寿命。利用等离子弧喷焊技术所制备的涂层致密度大，涂层与基体属于冶金结合，涂层厚度可达几个毫米，稀释率低，生产效率高，最主要的是可以对涂层微观组织进行调控，通过调控涂层组织提高涂层抗氧化性能。因此，可以采用等离子弧喷焊技术在难熔金属及其合金表面制备具有优异高温抗氧化性能的二硅化钼复合涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种二硅化钼复合涂层，解决了现有二硅化钼涂层制备技术所制备的涂层厚度不足、氧化失效的问题，提高涂层高温抗氧化能力、延长涂层使用寿命。

本发明的另一个目的是提供一种二硅化钼复合涂层的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种二硅化钼复合涂层，包括二硅化钼粉末和添加粉，添加粉质量百分比为1-15wt％，其余为二硅化钼粉末，二者总和为100％。

本发明的第一种技术方案的特点还在于，