CN106435586B - 一种镍基合金表面抗氧化耐烧蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层及其制备方法，属于高温抗氧化涂层技术领域。本发明所述的一种镍基合金材料的抗氧化涂层由玻璃搪瓷构成。将一定比例的MgO、CaO、SiO2、Al2O3、BaO、B2O3和Co2O3粉料混合均匀，1300‑1800℃高温熔烧水淬并粉碎后制得玻璃料，再将玻璃料与黏土和Cr2O3按一定比例混合球磨后制备获得水性浆料，将该浆料涂覆在镍基合金表面后低温干燥固化，然后将样品在1000‑1300℃烧制30‑60分钟，制得高温抗氧化搪瓷涂层。本发明工艺简单，操作方便，涂层厚度可控，与镍基合金基底结合牢固均匀，具有良好的抗氧化性能和耐热震性，可实现工业化生产。

Description

一种镍基合金表面抗氧化耐烧蚀涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍基合金表面抗氧化耐烧蚀涂层及其制备方法；属于高温抗氧化涂层技术领域。
技术背景
燃气涡轮发动机工作温度不断提高，要求高温合金必需具有优异的高温力学性能，同时又要具备良好的抗高温氧化及耐烧蚀性能。为了提高合金的高温强度，一般在合金中添加Mo、W、V等固溶强化型合金元素，减少Cr、Al等能提高抗高温腐蚀性能的合金元素，因此要同时兼顾优异的高温力学性能和良好的抗热腐蚀性能是比较困难的。在保证优异力学性能的情况下，施加防护涂层是改善高温合金抗高温腐蚀性能的有效途径。
目前能承受高温以及高速富氧燃气冲刷的涂层在相关文献中还未见报道。
针对这种情况，本发明提供一种能在1000℃左右正常使用的镍基合金抗氧化耐烧蚀涂层及其制备方法。
发明内容
本发明一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，所述涂层的基底金属为合金，所述涂层材料为玻璃搪瓷涂层，所述玻璃搪瓷涂层以质量百分比计包括下述组分：
搪瓷玻璃料 80-95％、优选为85-95％、进一步优选为85-93％，
黏土 3-10％、优选为4-8％、进一步优选为5-8％，
Cr2O3 1-12％、优选为2-10％、进一步优选为2-8％，
上述各组分的质量百分数之和为100％；
所述搪瓷玻璃料以质量百分比计包括下述组分：
上述玻璃料的各组分的质量百分数之和为100％。
本发明一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，所述的玻璃搪瓷涂层的厚度为5-100μm。
本发明一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层的制备方法，包括下述步骤：
步骤一
按质量百分比，SiO2 30-65％，CaO 10-35％，Al2O3 10-30％，BaO 5-20％，B2O3 3-18％，MgO 1-12％，Co2O3 1-5％；分别配取各组分粉料，再将粉料混合均匀，1300-1600℃高温熔烧水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料；
步骤二
再按质量比，搪瓷玻璃料80-95％，黏土3-10％，Cr2O3 1-12％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr2O3、然后将配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr2O3混合球磨后制备获得水性浆料；将该浆料涂覆在镍基合金表面后低温干燥固化，然后将样品在1000-1300℃、优选为1050-1200℃烧制30-60分钟，制得高温抗氧化搪瓷涂层。
本发明一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层的制备方法，所述搪瓷玻璃料的粒度为0.5-20微米。
本发明一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层的制备方法；所述黏土为化学纯或者分析纯。
本发明一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层的制备方法；所述Cr2O3为化学纯或者分析纯。
在实际操作过程中，作为基底用的镍基合金材料通过下述预处理：
将根据实际需要选取的镍基合金材料，加工成所需形状后，先进行喷砂处理，然后用超声波清洗，清洗后放置于干燥箱内80-160℃保温12-24小时，烘干后得到干燥清洁的基底。
原理和优势：
本发明的玻璃搪瓷涂层以独特的组成可以阻挡氧气和镍基合金基底的接触，防止氧化，在800-1100℃的温度下，该玻璃涂层具有部分自愈合功能，能愈合涂层中产生的微孔和微裂纹，从而有效阻止氧分子的侵蚀，具有良好的抗氧化性；同时玻璃搪瓷涂层本身具有优异的耐烧蚀性能，通过将基体金属与烧蚀气体的物理隔离，对镍基合金基体起到保护作用。
本发明通过严格控制涂层的组分以及制备工艺，使得本发明所制备的成品具有优良的热稳定性和抗热震性能，可以经受50次反复热震，涂层无脱落。
本发明在制备玻璃搪瓷涂层时，采用的是涂覆作业方式，涂覆作业方式适合复杂大型构件内外表面涂层的制备，可在最大程度上保证工艺的稳定性、涂层的均匀性和完整性。该涂层制备工艺简单，操作方便，可实现大面积无形状限制的工业化生产。制备过程中没有有毒和/或刺激性气体产生，有利于环境及施工人员的保护。
本发明所设计和制备的涂层能承受1000℃、流速为1000m/s的高温富氧燃气的冲刷。
附图说明
附图1为实施例1所制备涂层样品热震前后宏观形貌；
附图2为实施例1和对比例所得涂层样品的氧化动力学曲线；
附图3为实施例1所得涂层样品中涂层与基体的界面放大图；
图1中，图1(a)为热震前涂层样品的宏观形貌，图1(b)为热震后50次后涂层样品的宏观形貌；从图1中可以看出涂层经50次热震后无崩落掉瓷现象，具有较好的抗热震性能。
从图2中两条曲线分别为无涂层的镍基合金基体氧化动力学曲线，和实施例1所得涂层样品的镍基合金基体氧化动力学曲线；从图中可以看出，玻璃搪瓷涂层对镍基合金基体起到了有效的抗氧化保护效果。
从图3中可以看出涂层与基体金属结合紧密，无裂缝、空洞等缺陷。
具体实施方式
实施例1
步骤一
按质量百分比，SiO2 45％，CaO 20％，Al2O3 15％，BaO10％，B2O3 5％，MgO 3％，Co2O3 2％；分别配取各组分粉料，再将粉料混合均匀，1600℃高温熔烧水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料，搪瓷玻璃料的平均粒度为10μm微米；
步骤二
再按质量比，搪瓷玻璃料90％，黏土4％，Cr2O3 6％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr2O3、然后将配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr2O3混合球磨后制备获得水性浆料；将该浆料涂覆在镍基合金表面后低温干燥固化，然后将样品在1200℃、烧制30分钟，制得高温抗氧化搪瓷涂层(涂层厚度32.8微米，见图3)。所得高温抗氧化搪瓷涂层经反复热震50次热震后无崩落掉瓷现象(见图1)。所得高温抗氧化搪瓷涂层在1000m/s的高压富氧燃气冲刷后，涂层无脱落；所述涂层氧化100h，其氧化动力学曲线如图2所示。

Claims (7)

1.一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，其特征在于：所述涂层的基底金属为合金，所述涂层材料为玻璃搪瓷涂层，所述玻璃搪瓷涂层以质量百分比计包括下述组分：
搪瓷玻璃 80-95％，
黏土 3-10％，
Cr2O3 1-12％，
上述各组分的质量百分数之和为100％；
所述搪瓷玻璃料以质量百分比计包括下述组分：
上述搪瓷玻璃的各组分的质量百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，其特征在于：所述玻璃搪瓷涂层以质量百分比计包括下述组分：
搪瓷玻璃料 85-95％，
黏土 4-8％，
Cr2O3 1-10％，
上述各组分的质量百分数之和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，其特征在于：所述玻璃搪瓷涂层以质量百分比计包括下述组分：
搪瓷玻璃料 85-93％，
黏土 5-8％，
Cr2O3 2-8％，
上述各组分的质量百分数之和为100％。
4.根据权利要求3所述的一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，其特征在于；所述搪瓷玻璃料以质量百分比计包括下述组分：
上述玻璃料的各组分的质量百分数之和为100％。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层，其特征在于：所述的玻璃搪瓷涂层厚度为5-100μm。
6.一种制备如权利要求1-4任意一项所述镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一
按质量百分比，SiO2 30-65％，CaO 10-35％，Al2O3 10-30％，BaO 5-20％，B2O3 3-18％，MgO 1-12％，Co2O3 1-5％；分别配取各组分粉料，再将粉料混合均匀，1300-1800℃高温熔烧水淬并粉碎后制得搪瓷玻璃料；
步骤二
再按质量比，搪瓷玻璃料80-95％，黏土3-10％，Cr2O3 1-12％，配取搪瓷玻璃料、黏土、Cr2O3、然后将配取的搪瓷玻璃料、黏土、Cr2O3混合球磨后制备获得水性浆料；将该浆料涂覆在镍基合金表面后低温干燥固化，然后将样品在1000-1300℃烧制30-60分钟，制得高温抗氧化搪瓷涂层。
7.根据权利要求6所述的一种镍基合金材料的抗氧化耐烧蚀涂层的制备方法，其特征在于：所述搪瓷玻璃料的粒度为0.5-20微米。
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