[发明专利]一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法，涉及高温合金热防护技术领域，包含钼合金基体及其表面的复合涂层，所述复合涂层至少包含(Mo,X)Si₂相和(Cr,X)Si₂相，所述复合涂层还可以具有双层结构，其外层至少包含(Mo,X)Si₂相和(Cr,X)Si₂相，内层至少包含(Mo,X)₅Si₃相；其中，(Mo,X)Si₂中X代表Cr、Ti或W，(Cr,X)Si₂中X代表Mo、Ti或W，制备方法包括钼合金基体的制备以及在合金表面采用共渗制备复合涂层，本发明采用基体合金化和表面改性相结合，合金化、复合法和多层结构联合改性硅化物涂层的方法制备了(Mo,X)Si₂‑(Cr,X)Si₂基复合涂层保护的钼合金，其具有优异的中温和高温抗氧化能力。

技术领域

本发明涉及高温合金热防护技术领域，具体涉及一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法。

背景技术

钼及其合金具有熔点高、电阻率低、热导率高、热膨胀系数低和高温强度高等优点，是制备火箭喷嘴、喷管喉衬、辐射罩、隔热屏及发热元件等的关键材料，在航空航天、核工业、机械、冶金等领域有着广阔的应用前景。但钼及钼合金在600℃以上的空气环境中会迅速被氧化成挥发性的MoO₃，严重制约了它作为高温材料的使用。

目前，钼高温抗氧化的方式主要有合金化和表面改性。合金化法是指在钼中加入抗氧化的合金元素(如锆、铬、铝)，在高温氧化过程中，抗氧化合金元素发生选择性氧化，在一定程度上减缓了钼的氧化速率。但是，合金化方法改善高温抗氧化存在一定的局限性，仅添加合金化元素无法使钼合金表面形成致密连续的保护性氧化膜。表面改性可以兼顾合金的抗氧化性能和力学性能，显著提高基体金属的抗氧化能力。硅化物涂层(如MoSi₂等)具有熔点高、热稳定性好、抗氧化性能优异以及具有自愈合能力等优点，是难熔金属表面应用最为广泛的高温抗氧化涂层体系。根据国内外研究现状，钼合金表面制备的硅化物涂层存在的主要问题包括：(1)单一的MoSi₂涂层虽然具有优异的高温抗氧化性能，但其中温抗氧化性能差，在400～600℃时会发生“Pesting”粉化氧化；(2)MoSi₂涂层与基体间的热膨胀系数差异较大，涂层内部及其与基体界面结合处易产生裂纹，导致涂层失效，抗热震性能较差；(3)MoSi₂涂层氧化后表面形成的SiO₂膜在高温下流动性好，因此抗气体冲刷的能力不足。在更宽的使用温度下同时具有优异的抗氧化性能、抗热震性能和抗气体冲刷的能力是钼和钼合金高温抗氧化涂层的发展趋势。然而，目前尚无成熟的方法同时解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种含抗氧化复合涂层的钼合金，包含钼合金基体及其表面的复合涂层，所述复合涂层至少包含(Mo,X)Si₂相和(Cr,X)Si₂相，。

优选地，所述复合涂层为双层结构，外层至少包含(Mo,X)Si₂相和(Cr,X)Si₂相，内层至少包含(Mo,X)₅Si₃相。

优选地，所述外层和/或内层还包括Al₂O₃相，(Mo,X)Si₂中X代表Cr、Ti或W，(Cr,X)Si₂中X代表Mo、Ti或W。

优选地，所述钼合金基体包含以下成分：10～30at％Cr，0～15at％Al，0～30at％W，0～15at％Ti，余量为Mo。