[发明专利]一种高温合金表面金属陶瓷复合梯度涂层及制备方法

说明书

一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法，本发明属于化学热处理领域，具体涉及一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法。该涂层为多层结构，由外向内依次为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体组成；涂层的制备方法为：包埋渗+微弧氧化，第一步采用包埋渗的方法制备金属铝化物涂层，第二步采用微弧氧化的方法制备铝化物陶瓷层；通过该工艺可获得结合力好，均匀的涂层，提高高温合金热防护性能，并且具有工艺简单、操作方便、易于实现、效率高等优点，适于生产和应用。

技术领域

本发明属于化学热处理领域，具体涉及一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法。

背景技术

钛合金、镍合金、铌合金等高温合金具有高比强度、比刚度、高蠕变抗力等特点，被广泛的应用在航空发动机叶片，涡轮机叶片等零部件上，其服役条件苛刻，易受到高温氧化、磨损和热腐蚀，而上述失效形式主要在材料的表面产生和发展，因此需要在合金表面制备涂层以提高其表面性能。

近年来，涉及高温合金表面涂层的研究主要有等离子喷涂、热喷涂、磁控溅射、微弧氧化、扩散渗、激光熔覆等。通过上述表面改性技术制备涂层，由于基体合金和防护涂层可以单独地设计，所以施加防护涂层的合金部件在保持合金足够的高温强度时合金部件表面又具有优异的抗高温耐腐蚀性能。

铝化物涂层熔点高、热稳定性良好，抗腐蚀性能优异，适合于高温合金的高温抗氧化防护。但单一的铝化物涂层氧化时涂层内会产生较大的内应力，致使表面氧化膜剥落而失去保护性，因此需要添加其它元素对其进行改性。Cr、Si、B、Y、Ce等元素在改善涂层致密性及其与基体的结合力、降低合金的氧化速率和提高氧化膜的抗剥落能力等方面有显著效果。而微弧氧化(MAO)是一种金属表面原位生长氧化膜层的表面改性技术，在形成陶瓷层的技术上，实现膜基强结合，大幅提高涂层的抗磨损耐腐蚀性能。

目前，通过扩散渗法+微弧氧化技术在高温合金表面制备抗高温耐腐蚀抗磨损的金属/陶瓷复合梯度涂层的制备技术及其应用尚属空白。因此研究和实现高温合金表面抗氧化耐腐蚀抗磨损的金属/陶瓷复合梯度涂层的制备技术对高温合金工程应用具有重要意义。

发明内容

为了提高钛合金、镍合金、铌合金等高温合金热防护性能，本发明提供一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层及制备方法，通过该工艺可获得结合力好，均匀的涂层，提高高温合金热防护性能，并且具有工艺简单、操作方便、易于实现、效率高等优点，适于生产和应用。

一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层，具体包括以下内容：

①被渗元素：包含质量百分比10％-15％Al小于等于100目，质量百分比1％-2％Cr小于等于100目，质量百分比1％-2％Si小于等于100目，质量百分比0.2％-0.4％B小于等于100目，质量百分比0.5％-1％Y小于等于100目，质量百分比0.5％-1％Ce小于等于100目

②催化剂：包含质量百分比4％-6％NH₄Cl，质量百分比2％-3％NaF；

③填充物：Al₂O₃小于等于200目。

优选的，所述催化剂中NaF的纯度为分析纯；

优选的，该涂层为多层结构，由外向内依次为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体组成，且涂层含有稀土元素Y、Ce，通过被渗元素微弧氧化法原位生长陶瓷氧化层为铝化物陶瓷层/金属铝化物层/基体。

一种高温合金表面金属/陶瓷复合梯度涂层制备方法，由如下步骤形成的完整工艺路线：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：如图5所示；

第一步：扩散渗法制备金属涂层

①试样经80-600#砂纸打磨后超声清洗，吹干；

②配制渗剂；