[发明专利]一种难熔金属高温抗氧化Si-Mo-YSZ涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种难熔金属材料表面高温抗氧化Si‑Mo‑YSZ陶瓷涂层及其制备方法。该涂层原料以质量百分比计包括：Si45％～65％，Mo25％～40％，YSZ2％～15％，添加物2％～8％。本发明首先将涂层原料制成料浆并将料浆涂覆在难熔金属表面，经1370℃～1530℃烧结20min～90min制得涂层。本发明通过合理调配涂层成分，匹配难熔金属基体热膨胀系数，涂层在使用中能快速形成ZrSiO₄‑ZrO₂‑SiO₂复合氧化膜，有效降低涂层的氧扩散系数，实现了各类难熔金属材料在1700℃以上高温的长时间抗氧化使用。本发明工艺简单、成本低，涂层与基体热匹配较好，可有效提高难熔金属的高温抗氧化性能。

技术领域

本发明属于高温抗氧化涂层制备技术领域，具体涉及一种难熔金属材料高温抗氧化Si-Mo-YSZ涂层及其制备方法。

背景技术

难熔金属及其合金具有高温强度高、加工可塑性好、抗液态金属腐蚀能力强等优点，使用温度范围可达1300℃～2300℃，高于高温合金，因此被广泛用于宇航工业、核工业及其他高温应用领域。但难熔金属由于氧亲和势高、溶解度大导致其高温抗氧化性能极差，在远低于服役温度(700℃左右)时便发生严重氧化、高温力学性能急剧下降，限制了其在高温有氧环境中的工程应用。目前，抗氧化涂层是解决难熔金属及其合金高温氧化防护的最有效方式。

目前，难熔金属高温抗氧化涂层包括铝化物涂层、贵金属涂层、硼化物涂层和硅化物涂层。其中以Al-Cr-Si、Al-Si和Al-Sn等为代表的铝化物涂层被广泛应用于航空航天领域，具有优良的蠕变、疲劳性能和中低温抗氧化性能，但使用温度一般不超过1500℃；以Ir和Pt为代表的贵金属涂层具有熔点高、化学惰性好、氧渗透率低等特点，防护温度可达2200℃，但存在价格极其高昂、技术门槛高、要求特殊装备、涂层辐射率低等瓶颈；以ZrB₂和HfB₂为代表的硼化物涂层具备超高温防护的潜力，但目前仅能够用于以s为单位的短时间防护且一般为单次使用，无法胜任以h为单位的长时间防护且存在与难熔金属基体热膨胀系数不匹配、热震性能不好等问题。硅化物涂层是目前难熔金属应用最广、研究最多的高温抗氧化涂层，其抗氧化机理在于主要是形成了氧扩散速率低的高温自愈合SiO₂玻璃膜。由于SiO₂氧化膜熔点仅为1600℃(石英型)～1710℃(方石英型)，难以胜任更高温度的服役环境，因此国内外针对不同研发目标开展了大量涂层改性研究，但由于改性元素遴选原则、引入形式、添加比例会直接改变涂层结构、相结构匹配性、热膨胀系数、高温抗氧化性能及其他综合性能，是一个复杂的系统工程，加之SiO₂熔点以上超高温的基础数据、氧化理论、防护机制研究尚处于摸索阶段，因此目前公开报道的使用温度超过1700℃的硅化物涂层体系依然较少。

随着技术的快速发展，对难熔金属高温抗氧化涂层性能要求也逐步提高，亟待丰富能够在1700℃及其以上温度使用的高温抗氧化涂层体系，以适应不同应用环境的需求。

发明内容

针对目前难熔金属高温抗氧化涂层的防护温度偏低的问题，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、成本较低、超高温抗氧化性能优异的难熔金属Si-Mo-YSZ涂层及其制备工艺，解决难熔金属基体在1700℃以上超高温环境的氧化防护问题。

本发明一种难熔金属超高温抗氧化Si-Mo-YSZ涂层，所述涂层所用原料以质量百分比计包括下述组分：

Si粉45％～65％、优选为49～59％、进一步优选为54～59％；

Mo 25％～40％、优选为25～35％、进一步优选为25～31％；

YSZ 2％～15％、优选为8～12％、进一步优选为9.5～10.5％；更进一步优选为10％；

添加物2％～8％、优选为3～7.5％、进一步优选为3～6％；