[发明专利]一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：a.对采用熔炼或烧结法制备的难熔高熵合金进行表面预处理；b.在氩气或氮气等保护性气氛下，对预处理后合金试样进行包埋渗处理，渗剂组成为Si、Al、B、稀土氧化物、催化剂和填充剂，渗层制备温度为1150～1350℃，保温时间为4～15h。本发明通过被渗元素的扩散渗入+原位反应实现在难熔高熵合金表面制备多元硅化物涂层，该涂层可有效为难熔高熵合金提供1450℃下的高温防护，且涂层制备工艺简单可控、成本低廉，对具有复杂形状的实际工件也具有可操作性。

技术领域

本发明属于金属材料高温防护技术领域，具体涉及一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由多主元组成并形成结构简单的固溶体，各组元含量在5-35at.％之间。由于高熵合金具有的四大效应，即高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应，与传统金属相比，高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高热稳定性等诸多优异性能，是材料领域中极具发展潜力的热点之一。其中，以难熔金属元素(如钨、钽、铪、钼、铌、锆等)为主元所形成的难熔高熵合金，其高温应用优势显著，具体包括：具有优异的高温稳定性，可耐受极高温度并具有优异的高温力学性能等。

然而，难熔高熵合金在中高温条件下的抗氧化性能较差，这限制了其在高温有氧环境中的工程应用。通过合金成分设计可提高难熔高熵合金的抗氧化性能，但考虑到面向极端条件应用的难熔高熵合金，其应用环境温度可能达到1400℃以上，单纯通过添加合金元素提高自身抗氧化性很难达到要求。此外，难熔高熵合金中对抗氧化性能有益的元素的过多添加会恶化其高温力学性能，因而表面涂覆抗氧化涂层成为了解决其高温氧化问题的有效手段。

难熔金属硅化物(如NbSi₂,MoSi₂等)的熔点高，热稳定性好，且具有良好的自愈能力，是目前难熔金属及其合金表面抗氧化涂层的主要体系。已有研究表明，单一硅化物的抗氧化性能有限，而通过添加其他元素改性形成的多元硅化物可显著提高其防护能力。如B,Al,Cr等活性元素的添加可有效避免硅化物的中温“pesting”氧化现象，而其他难熔金属W,Hf,Ta,Zr等的添加可显著提高硅化物涂层的高温稳定性。因此，如将二者有机结合起来改性硅化物涂层，有望实现对硅化物涂层宽温域长效防护的需求。目前难熔金属或合金表面多元硅化物涂层的制备手段主要是料浆熔烧法和等离子喷涂法，但是由于各元素之间熔点相差较大且活性不同，采用上述常规工艺制备涂层时，往往会出现涂层组织结构及成分分布难以控制等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层的制备方法，该制备方法基于包埋渗法在难熔高熵合金表面原位生成多元硅化物涂层，

为了实现上述目的，本发明提供一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层的制备方法，包括如下步骤：

1)对采用熔炼法或烧结法制备的难熔高熵合金进行表面预处理；

2)在保护性气氛下，对预处理后合金进行包埋渗处理；

其中，包埋渗处理中所用包埋渗剂由如下成分组成：Si 15～40wt.％，Al 1～5wt.％，B 0.5～5wt.％、稀土氧化物0.5～2wt.％，催化剂5～10wt.％，余量为填充剂。

更进一步地，步骤1)中所述熔炼法为真空电弧熔炼法、真空感应熔炼法或真空电子束熔炼法。

更进一步地，步骤1)中所述烧结法为热压烧结或放电等离子烧结。

更进一步地，步骤1)所述表面预处理的方法为：将难熔高熵合金表面采用80～1500#SiC水砂纸打磨，在酒精或丙酮中超声波清洗15～20min后冷风吹干。

水砂纸打磨用于去除难熔高熵合金表面氧化膜或污物，增加合金表面光洁度，打磨次数和所用水砂纸型号根据难熔高熵合金表面情况进行调整。