[发明专利]一种Pt‑Zr改性铝化物涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合电镀技术，具体地说是涉及Pt-Zr改性铝化物涂层制备方法，利用复合电镀方法得到Pt-Zr复合镀层，之后通过不同的渗铝方法得到不同结构的Pt-Zr改性铝化物涂层。

背景技术

发动机涡轮部件，例如涡轮叶片，通常需要施加高温防护涂层保护高温合金基体不受高温氧化及热腐蚀侵害，并有效延长部件服役寿命。常见高温防护金属粘结层包括简单铝化物涂层、改性铝化物涂层(Cr-，Si-，Pt-，Pd-改性)及MCrAlY型包覆涂层。铝化物涂层因制备工艺简单，成本低，可重复性好，自20世纪50年代开始应用于钴基导向叶片，60年代应用于镍基高温合金叶片，是工业应用最为广泛的高温防护涂层。近年来，随着涂层技术的发展，扩散铝化物涂层尤其是改性铝化物涂层受到越来越多的关注。稀土元素改性(例如钇)的铝化物涂层可利用稀土元素的活性效应，大幅提高铝化物涂层的抗高温氧化和热腐蚀性能，延长涂层使用寿命。相关应用的文献如：①中国发明专利，稀土改性MCrAlY涂层提高其抗高温硫化腐蚀性能的方法，申请号10072121.7；②中国发明专利，稀土氧化物改性的渗铬涂层及制备方法和应用，申请号03133941.7，③中国发明专利，Pt-Al-Hf/Zr涂层及方法，申请号201410143291.X；④中国发明专利，通过预先沉积铂-镍层使表面铝化物的方法，申请号201180029984.0。

元素Pt能促进Al的选择性氧化、降低S等有害元素的作用，同时还能提高涂层的粘附性能，因此该涂层在保持力学性能的基础上，抗氧化性能大幅度提高。然而，在高温热循环过程中，由于TGO(热生长氧化物)的生成，以及涂层与基体之间的元素互扩散使得涂层中Al元素大量缺失，从而导致相转变的发生，涂层表面容易产生变形，形成起伏。这种起伏使得TGO与TBC、TGO与BC界面容易产生裂纹，最终导致涂层失效。

为了减少涂层表面的起伏，提高氧化物与涂层之间的粘附性能，可以在涂层中添加少量的活性元素，如Y、Zr、Hf等。一方面，活性元素能使氧化生成的氧化铝局部向内生长形成“钉扎”作用；另一方面，活性元素在氧化物下方聚集，减少因氧化时产生的氧化膜内应力，继而提高氧化膜的粘附性能。但过量加入，会生成大颗粒氧化物而对保护性氧化膜产生破坏作用。研究表明，稀有金属Zr的加入具有显著的活性元素效应：由于Zr⁴⁺的尺寸(r＝72pm)较Al³⁺(r＝53.5pm)大，Zr元素掺杂可以稳定暂态氧化铝，从而推迟暂态氧化铝向稳定的α-Al₂O₃的转变，同时，Zr元素的加入可减小氧化铝膜的晶粒尺寸，从而使得氧化膜具有更好的变形性能；另一方面，在稳定氧化阶段，Zr的氧化物在氧化膜晶界偏聚，阻碍了Al³⁺向外移动，可有效降低氧化速率。

当涂层中同时含有Pt、Zr两种有益元素时，两种元素能够共同作用，显著提高涂层抗氧化性能的同时，减少有害元素如S、C等的作用，使得氧化膜抗剥落性能大幅度提高。作为活性元素，Zr在高温合金和高温防护涂层中的作用是显著的，但Zr元素化学性质不活泼，不与水、稀酸或强碱作用，常温下也不与氧、氮等气体直接化合，因此，常温下在涂层中引入Zr元素非常困难。很多学者利用EB-PVD(电子束物理气相沉积)的方法在合金基体上首先沉积一层Zr，然后再进行渗铝。该方法具有一定可操作性，但是由于EB-PVD设备需要高真空环境，成本高昂，不易在复杂形状工件上沉积，且引入的Zr层在渗铝过程中不易分散，难以得到推广应用。因此，提供一种制备简单、经济的Pt-Zr改性铝化物涂层的方法将对改性铝化物涂层以及涡轮发动机/燃气轮机的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了提高铝化物涂层的抗高温氧化及热腐蚀综合性能，同时改善氧化物的粘附性能，提供了一种Pt-Zr改性铝化物涂层的制备方法，该方法旨在简化Pt-Zr改性铝化物涂层的制备过程，在保持涂层性能的前提下同时降低涂层的制备成本。

本发明提供了一种Pt-Zr改性铝化物涂层制备方法，其特征在于：Pt-Zr改性铝化物涂层制备方法包括以下步骤：

1)表面处理方法：对试样进行打磨，将金属原始的表面研磨掉之后进行喷砂处理，之后进行两步法除油处理：第一步采用丙酮超声清洗15-30min，第二步在40-60g/L的NaOH溶液中煮沸10-20min；