[发明专利]一种提高镍基合金上高温涂层寿命的方法

说明书

本发明公开一种提高镍基合金上高温涂层寿命的方法，属于高温防护涂层领域。本发明所述方法为通过电镀的方法使Pt沉积在镍基高温合金表面；利用包埋渗铝处理在基体上进行铝化物涂层的沉积；对涂覆有改性的铝化物涂层的样品进行预氧化处理；对预氧化后的样品进行循环氧化实验得到高温涂层。所述高温涂层包括Pt改性铝化物涂层、HfO₂层和致密的热生长氧化物（TGO）层，Pt改性涂层中的Pt影响了Hf的向外扩散，使其在氧化层与涂层界面处形成连续的HfO₂层，连续的HfO₂层的存在降低了氧化层的生长速率，改善了氧化层的粘结性能，提高了高温防护涂层的寿命。

技术领域

本发明涉及一种提高镍基合金上高温涂层寿命的方法，属于高温防护涂层领域。

背景技术

镍基高温合金广泛的应用在航空发动机上。但是镍基高温合金中Al和Cr的含量比较低，这就导致了镍基高温合金的抗氧化性能和抗腐蚀性能比较差。在镍基合金上涂覆防护涂层（热障涂层的使用非常广泛）对于提高抗氧化性能和抗腐蚀性能是非常有效的，在高温环境下循环氧化的过程中热障涂层中的粘结层和陶瓷层之间会产生一层保护性的氧化层。氧化层的热应力和生长应力会造成裂纹应力，一旦裂纹应力大于氧化层的粘结强度，氧化层就会脱落。热应力是涂层和氧化层之间热膨胀系数的不匹配造成的，生长应力和氧化层的生长速率有关。因此如何降低和释放氧化层的热应力和生长应力是提高高温防护涂层的使用寿命的关键所在，也即是降低氧化层的生长速率和释放氧化层中的裂纹应力。

元素Pt能够促进Al的选择氧化，形成保护性的氧化铝膜，还能够提高氧化层的粘结性能。但在高温氧化过程中，氧化层的生长以及涂层与基体之间的互扩散，会导致大量的Al的缺失，涂层与氧化层界面容易发生变形，形成起伏。这种起伏会增加氧化层中的内应力，使氧化层中易产生裂纹，最终导致涂层的失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高镍基合金上高温涂层寿命的方法，具体包括以下步骤：

（1）在镍基高温合金基体上进行电镀Pt；

（2）对电镀Pt的样品进行包埋渗铝处理，在基体表面形成Pt改性铝化物涂层；

（3）对形成了Pt改性铝化物涂层的基体进行预氧化处理；

（4）对预氧化后的样品进行循环氧化实验得到高温涂层。

优选的，本发明步骤（1）中电镀的条件：温度为40-50℃，电流为0.01-0.05A/cm²，时间为1-2h。

优选的，本发明步骤（1）中Pt的沉积厚度为1μm-2μm。

优选的，本发明所述包埋渗铝处理为常用的渗铝、渗铝硅等方式，具体过程为：在惰性气体的气氛下将涂覆有渗剂的基体加热至800-1000℃，并保温4-6h；所述渗剂由铝硅粉和活性剂组成，渗剂中活性剂的质量百分比为2%-3%，活性剂为NH₄F或NH₄Cl。

优选的，本发明所述预氧化的具体条件为：在空气加水蒸气的气氛下将样品在900-1050 ℃的温度中烧40-50 h。

优选的，本发明所述循环氧化的具体条件为：在空气的气氛下将样品在900-1050℃的温度中烧130-150h。

本发明所述高温涂层包括Pt改性铝化物涂层、Pt影响Hf扩散形成的HfO₂层和致密的热生长氧化物（TGO）层；Pt改性铝化物涂层的中含有Ni、Pt和Al元素，Al元素的浓度范围为45-65%（按原子数量算），且Ni:Al原子比为1:3~3:1；Pt元素以固溶的形式存在。

优选的，本发明所述Pt改性铝化物涂层的厚度为20-35μm。

本发明所述的金属基体为含Hf元素的任意常用的Ni基高温合金基体。