[发明专利]一种SiOC涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种SiOC涂层及其制备方法和应用，具体涉及涂层材料领域。本发明提供的SiOC涂层，包括依次层叠于钛铝合金基体表面的多层SiOC层与SiOC层表面的掺杂有氧化物颗粒的Ni层，该SiOC涂层为多层SiOC层堆叠的结构，或SiOC层与掺杂氧化物颗粒的Ni层交替层叠的多层结构。基于多层的结构，本发明所提供的SiOC涂层更厚更致密，在高温环境下不易于被氧气渗透，提高了钛铝合金基体的抗高温氧化性；掺有氧化物颗粒的Ni层的引入提高了SiOC涂层的导电性以及不同SiOC层之间的结合力，与此同时，氧化物颗粒的存在不仅能提高化学镀镍层的粗糙度，进而改善化学镀镍层与后续SiOC层的结合力，还可以强化镀镍层结构，提高SiOC涂层的力学性能。

技术领域

本发明涉及涂层材料领域，更具体地，涉及到一种SiOC涂层及其制备方法和应用。

背景技术

钛铝合金是目前在制造高温结构材料时的热门材料，具有优异的高温性能及良好的环境稳定性。然而，钛铝合金在高温下抗氧化的能力具有一定的不足。理论上，随着Al元素的增加，钛合金的抗高温氧化能力能够逐渐增强，但是过高的Al元素会导致脆性的TiAl₃产生，降低合金的力学性能。向钛铝合金中添加Nb、Mo、Si、Y等元素进行合金化能够提升钛铝合金的抗高温氧化性能，但这种提升很有限，而且第三元素的过量添加会导致材料的力学性能下降，同时提高生产成本。表面改性技术，包括离子注入法、表面涂层、物理气相沉积、化学气相沉积等，由于在提高钛铝合金抗高温氧化性能的同时，不改变钛铝合金自身的强度和韧性，从而成为了本领域的研究热点。然而，采用表面改性技术制备的涂层通常与基体膨胀系数不一致，结合力较差，且涂层内部的内应力较大，致使涂层在服役过程中容易开裂和剥离。因此，采用防护涂层提高钛铝合金抗高温氧化性能的关键是制备与基体具有良好结合力，不易开裂和剥落的涂层。

现有技术公开了一种具有镍改性的硅基防护涂层的钛铝合金件，包含钛铝合金基体，以及依次层叠于钛铝合金基体表面的掺镍的SiO₂层和掺镍的SiOC层。掺镍的SiOC层，能够填补SiO₂涂层中的孔隙，形成更致密的复合涂层，提高合金的抗高温氧化性能，然而该现有技术并未对SiO₂涂层与SiOC涂层间的结合进行改进，当为了提高涂层的抗高温氧化性而提高SiO₂层与SiOC层的厚度时复合涂层仍可能存在开裂和剥落的问题。

发明内容

为了解决现有技术中钛铝合金的抗高温氧化涂层与基体的结合力不足、容易开裂和剥落的问题，本发明提供了一种SiOC涂层，基于多层的结构，本发明所提供的SiOC涂层更厚，具有优异的抗高温氧化性；同时，化学镀镍层的存在以及其中掺杂的氧化物颗粒，都提高了SiOC层之间的结合力，使得SiOC涂层不易剥落和开裂。

本发明的另一目的是提供上述SiOC涂层的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种钛铝合金。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种SiOC涂层，包括依次层叠于钛铝合金基体表面的多层SiOC层与SiOC层表面的掺杂有氧化物颗粒的Ni层，该SiOC涂层为多层SiOC层堆叠的结构，或SiOC层与掺杂氧化物颗粒的Ni层交替层叠的多层结构。

本发明所提供的SiOC涂层是应用于钛铝合金表面的。具体而言，钛铝合金可选自Ti₃-Al、Ti-Al、Ti-Al₃、Ti-6Al-4V、Ti45Al8.5Nb、Ti50Al中的一种。

由多层SiOC层堆叠而成，或者由SiOC层与掺杂氧化物颗粒的Ni层交替层叠得到多层的SiOC涂层，相比于单层的SiOC涂层更厚更致密，抗高温氧化性能更强。具体而言，在一定的电沉积工艺下，沉积得到的单层SiOC层的厚度不会随沉积时间长短而变化，但可以随沉积次数的增加而增大。层数越多，涂层越厚，在高温环境下越能够阻挡氧气的渗入，进而提高了钛铝合金基体的抗高温氧化性。