[发明专利]一种提高表面质量的自愈合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种提高表面质量的自愈合涂层及其制备方法，属于金属材料防护涂层技术领域。所述涂层采用等离子喷涂的方式喷涂在基体上，所述涂层由内至外依次包括：40‑60μm的NiCrAlY粘结层、40‑60μm的NiCrAlY+TiC自愈合层、60‑80μm的NiCrAlY+AT13陶瓷环境阻挡层，以及40‑60μm激光重熔层；自愈合层中NiCrAlY和TiC的质量比为1:1；环境阻挡层中NiCrAlY和AT13的质量比为1:3；激光重熔层由陶瓷环境阻挡层经激光重熔处理而得。本发明通过成分的设计、等离子喷涂和激光重熔技术的协同作用，使得涂层表面质量提高，具有较好的机械性能，不降低基体的力学性能。

技术领域

本发明涉及金属材料防护涂层技术领域，具体涉及一种提高表面质量的自愈合涂层及其制备方法。

背景技术

超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环技术由于具有循环效率高、结构紧凑等优点，能够降低大型电站的投资成本，是实现煤炭高效清洁发电的新途径。由于超临界CO₂布雷顿循环用于高温高压(28MPa/620℃或更高)条件，其对阀门材料耐热钢的腐蚀仍然难以避免。耐热钢在面临S-CO₂腐蚀的同时，长期处于高温应力循环的载荷下，由于环境-疲劳因素的影响，易从表面萌生微裂纹，并在高温下生长，最终破坏。因此，如何提高阀门材料的耐蚀性和表面质量是S-CO₂发电系统亟需解决的问题之一。

对阀门材料进行喷涂形成涂层是一种有效的提升材料耐蚀性的方式之一。喷涂技术是将粉末材料利用高速惰性气流将颗粒喷射到基体材料的表面形成层状显微结构的一种工艺，具有沉积速度较快、生产率较高和适应范围广等优势。但是，形成的陶瓷涂层具有一定的孔隙率，成分偏析，利用高压气体使涂层与基体表面机械结合，强度较差。

在陶瓷涂层中加入自愈合剂，通过其高温下的氧化反应生成的氧化物来堵住因涂层开裂而形成的“通道”，从而改善涂层的力学性能，并局部抑制环境中的氧向涂层内部过快渗透，从而防止涂层在服役过程中过早失效。关于自愈合陶瓷材料的研发，刚开始主要集中在SiC、TiB₂等陶瓷，但是愈合条件比较苛刻，愈合的温度要在1400℃以上，接近该类氧化物陶瓷的熔点，其主要愈合机制跟重烧结相类似。同时由于愈合温度较高，存在晶粒严重长大的问题，大大降低了陶瓷材料的性能。例如，专利申请号为CN201810351184.4的专利《多元复相纳米硼化物、相应超高温抗氧化涂层及制备方法》公开了一种高温自愈合涂层，采用包埋渗的方法制备SiC底层，采用低压等离子喷涂工艺制备200～300μm的HfB₂-SiC-TiB₂复相面层。该涂层利用低压等离子喷涂方法制备，涂层表面质量较差，在长期环境-疲劳载荷下易失效。专利申请号为CN201910174390.7的专利《一种在基体材料上形成的高温抗烧蚀涂层及其制备方法和应用》公开了一种高温抗烧蚀自愈合涂层，用化学气相沉积法制备20-40μm的SiC过渡层，用真空等离子喷涂法制备100-120μm的ZrC-SiC-Gd₂0₃复相阻氧层，该涂层的自愈合相为SiC，其愈合温度为1000-1500℃，不适用于较低温度的热环境。专利申请号为CN201810351184.4的专利《一种TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备方法》公开了一种陶瓷涂层，采用等离子喷涂方法制备TiC/Co-Ni涂层，采用采用等离子喷涂法制备厚度为260-350μm的TiC/Co-Ni合金复合涂层。该成分复合涂层的显微硬度仅为855.8HV_0.2，此方法制备的陶瓷涂层还存在许多孔隙，表面质量较差。