CN115074723B - 一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法 - Google Patents

一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115074723B
CN115074723B CN202210715501.2A CN202210715501A CN115074723B CN 115074723 B CN115074723 B CN 115074723B CN 202210715501 A CN202210715501 A CN 202210715501A CN 115074723 B CN115074723 B CN 115074723B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
coating
barrier coating
intermediate layer
molybdenum alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210715501.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115074723A (zh
Inventor
孙顺平
王玉瑞
王斌
王洪金
张扬
李小平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Technology filed Critical Jiangsu University of Technology
Priority to CN202210715501.2A priority Critical patent/CN115074723B/zh
Publication of CN115074723A publication Critical patent/CN115074723A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115074723B publication Critical patent/CN115074723B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，包括：S1、钼合金板材预处理：钼合金板材表面打磨，超声清洗，吹干；S2、配制中间层材料：中间层材料为氧化锆粉末；S3、配制热障涂层材料：热障涂层材料包括：Cr：2.0‑5.0wt％；Ti：1.0‑2.0wt％；Ni：2.0‑3.0wt％；Mn：0.1‑0.5wt％；B：0.5‑1.0wt％以及余量MoSi2；S4、制备中间层：将中间层材料涂抹在预处理后的钼合金板材表面，烧结形成中间层；S5、制备预置粉末涂层：将热障涂层材料与粘结剂混合形成涂覆浆料，将涂覆浆料涂抹于中间层上，干燥得到预置粉末涂层；S6、制备高温热障涂层：对预置粉末涂层进行激光熔覆，在中间层上获得高温热障涂层。本发明的工艺简单，可以提高热障涂层在高温下的工作寿命、结合强度以及高温抗氧化能力。

Description

一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及难熔金属高温热障防护领域，具体涉及一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法。
背景技术
难熔金属钼合金在高温下有着良好的强度和热稳定性，低的热膨胀系数，优异的导热、导电性能和良好的抗腐蚀性能。在高温服役的场合下有着良好的前景，但由于钼合金本身的低温脆性和高温抗氧化能力较差，无法在高温场合下保持良好的使用性能，同时还会发生“灾害性”氧化现象，无法在高温下达到稳定的工作效率，这也限制了钼合金在高温服役场合的使用范围。
大量工程实际证明硅化物涂层在高温热障防护方面前景广阔，其中MoSi2作为典型的硅化物涂层材料之一，在高温下的服役性能优良，有高的硬度和耐磨性，同时具有优异的高温抗氧化性能，高温下Si元素在涂层表面与氧气形成致密非晶态的SiO2，SiO2可以隔绝基体与氧气反应，并且SiO2有一定的自愈能力可以修复涂层在高温下产生的微裂纹，可以有效的对基体产生防护作用。但是纯MoSi2制备而成的涂层脆性较大，在使用过程中容易产生裂纹。钼合金与纯MoSi2涂层的线膨胀系数差异较大，对基体的结合较弱，涂层容易出现脱落现象。因此，需要在纯MoSi2涂层的基础上添加合金元素来弥补涂层与基体之间出现的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对纯MoSi2制备而成的涂层脆性较大，在使用过程中容易产生裂纹以及涂层与基体之间结合较弱等缺陷，而提供一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，以解决上述存在的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、钼合金板材预处理：对钼合金板材表面进行打磨抛光，去除表面氧化皮，然后超声清洗，吹干，待用；
S2、配制中间层材料：所述的中间层材料为氧化锆粉末；
S3、配制热障涂层材料：所述的热障涂层材料由如下组分构成：Cr粉末2.0-5.0wt％；Ti粉末1.0-2.0wt％；Ni粉末2.0-3.0wt％；Mn粉末0.1-0.5wt％；B粉末0.5-1.0wt％以及余量MoSi2粉末；
S4、制备中间层：将所述中间层材料涂抹在经预处理后的所述钼合金板材表面，然后烧结形成所述中间层；
S5、制备预置粉末涂层：将所述热障涂层材料与粘结剂混合形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，干燥后得到所述预置粉末涂层；
S6、制备高温热障涂层：对所述预置粉末涂层进行激光熔覆，在所述中间层上获得高温热障涂层。
具体的，本发明开发的钼合金表面高温热障涂层的制备方法，基于MoSi2涂层和钼合金的热膨胀系数差异会导致涂层的结合强度较差，涂层易脱落现象，在采用ZrO2材料钼合金表面预先制备一层中间层，其作用主要是增加MoSi2涂层与基体之间的结合强度，同时ZrO2也能够起到增韧强化作用。在纯MoSi2涂层中添加微量的有益合金元素能够对涂层的使用性能有所提升。MoSi2涂层的合金化有利于涂层与基体之间的结合，同时能够缓解涂层脆性问题，进一步提高涂层在高温使用下的稳定性，延长涂层的使用寿命。
本发明可以提高热障涂层在高温下的工作寿命、结合强度以及高温抗氧化能力。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S1、钼合金板材预处理：其中所述的钼合金板材的厚度为3-10mm。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S2、配制中间层材料：所述的中间层材料为氧化锆粉末，并进行球磨；其中所述的氧化锆粉末的纯度不小于99％；球磨转速为100-150rpm，球磨时间为10-15小时，且球磨后氧化锆粉末颗粒的粒径为8-10μm。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S3、配制热障涂层材料：所述热障涂层材料的配制过程为：按质量分数，将所述Cr粉末2.0-5.0wt％、Ti粉末1.0-2.0wt％、Ni粉末2.0-3.0wt％、Mn粉末0.1-0.5wt％、B粉末0.5-1.0wt％以及余量MoSi2粉末进行混合并球磨，获得以MoSi2粉末为主的混合合金粉末；其中：球磨转速为120-150rpm，球磨时间为12-15小时。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S3、配制热障涂层材料：球磨后各粉末的粒径如下：
Cr粉末纯度不低于97％，粉末粒径为3-4μm；
Ti粉末纯度不低于95％，粉末粒径为3-5μm；
Ni粉末纯度不低于97％，粉末粒径为4-6μm；
Mn粉末纯度不低于98％，粉末粒径为2-3μm；
B粉末纯度不低于95％，粉末粒径为2-3μm；
MoSi2粉末纯度不低于99％，粉末粒径为3-5μm。
具体的，在本发明中各金属的纯度和粒径均为优选的。粉末纯度低，会在熔覆过程中形成较多杂质，降低涂层质量；粉末颗粒太大，熔覆过程中容易出现无法充分熔化而在涂层内出现团聚物沉积现象，出现孔洞，降低涂层质量。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S4、制备中间层：将所述中间层材料涂抹在经预处理后的所述钼合金板材表面，然后采用放电等离子烧结法，烧结形成0.1-0.5mm厚中间层。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S4、制备中间层：其中所述的放电等离子烧结法工艺参数为：烧结温度1800-2000℃、烧结压力30-40MPa、烧结时间5-7分钟。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S5、制备预置粉末涂层：将所述热障涂层材料与粘结剂混合形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，干燥后得到所述预置粉末涂层；其中：所述的粘结剂为丙酮；所述热障涂层材料与所述粘结剂的质量比为1：(0.6-1)；所述预置粉末涂层的厚度为1-2mm，在110-130℃下干燥5-15分钟。
优选的，本发明中预置粉末涂层厚度为1-2mm，预置粉末涂层过厚，无法在熔池内充分熔化合金粉末；预置粉末涂层过薄，激光保护气体容易将粉末吹散，会形成熔滴飞溅，形成的涂层质量较差。
进一步的，一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法：步骤S6、制备高温热障涂层：对所述预置粉末涂层进行激光熔覆，在所述中间层上获得1-2mm厚的高温热障涂层；其中：所述的激光熔覆是在YLS-4000激光表面改性设备上进行，激光工艺参数为高度20mm、光斑直径4.2mm、搭接率30％、激光功率为3000-3500W、扫描速度为5-8mm/s、氩气气流量为10-20L/min。
本发明采用的涂层制备手段是放电等离子烧结技术和激光熔覆技术，放电等离子烧结技术一般采用压力烧结的方法，制备的涂层组织致密均匀。激光熔覆技术由于其稀释度低、材料利用率高、热源稳定且冷却速率较快，在涂层制备领域前景良好。利用高能激光束照射基体表面制备的预置粉末涂层，粉末快速熔化并凝固，在基体表面形成一层表面质量良好的硅化物涂层。熔覆过程中，无熔滴飞溅现象，熔覆过程稳定，熔覆效率较高，可实现自动化生产。因此，本发明采用激光熔覆技术制备涂层具有较高的理论价值和现实意义。
本发明的有益效果：
(1)本发明的工艺利用放电等离子烧结技术制备的中间层组织致密均匀，烧结时间段可以节约能源损耗，得到晶粒细小力学性能优良的ZrO2涂层(中间层)；然后采用预置粉末法制备涂层，并利用激光熔覆将混合合金粉末在基体表面熔凝，同时与放电等离子烧结的中间层熔融结合。激光熔覆能量集中，热损失小，能够在基体上快速的形成熔池将合金粉末以及基体熔化，在熔池内合金元素与钼基体溶解扩散，形成金属间化合物。同时，激光熔覆冷却速率较大，涂层与基体之间形成一个冶金结合的过渡区，涂层中合金元素的加入能够对冶金结合的过渡区起到有益效果，优化涂层与基体之间的结合，混合合金粉末中Mn元素的添加有利于对高温使用环境下氧气对涂层的侵蚀，Mn元素的脱氧作用和连续致密的SiO2薄膜协同作用，大幅度降低了氧气对涂层和基体的不利影响，即使在热应力的作用下，涂层出现裂纹，形成氧化通道，Mn元素依然可以减少氧气对涂层和钼基体的影响。部分未及时熔化的粉末会在熔池底部形成团聚区，容易出现气孔、裂纹等缺陷，为了增强涂层与基体间的结合以及减少涂层中气孔、裂纹等缺陷，本发明采用以MoSi2为主的混合合金粉末制备涂层，合金元素经过润湿、溶解和扩散过程，增强涂层与基体之间的结合，减少气孔、裂纹等缺陷。
(2)本发明采用了放电等离子烧结制备的ZrO2中间层，其组织致密均匀、晶粒细小、烧结时间短节约能源损耗，ZrO2在高温下产生相变转换，起到了钉扎效应对涂层的高温结合强度有提升作用。本发明激光熔覆技术制备高温热障涂层，在YLS-4000激光表面改性设备上进行，熔覆过程平稳匀速，由于有氩气保护，熔覆过程无氧化、烧损现象，激光能量密度较高，能够在较短的时间内将材料熔化，热量集中，热损失小，材料利用率高，适用于自动化生产过程。
(3)本发明制备的涂层，其宏观形貌完整均匀、无明显裂纹和气孔等缺陷，涂层与基体冶金结合良好，组织致密，晶粒细小。在本发明中合金元素的添加起到了和进化的作用，对涂层的性能以及使用寿命起到了有益效果：Cr元素起到细化晶粒的作用，对涂层的硬度也起到了有益的影响；Ti元素的添加对涂层耐高温性能有较好的帮助，Ti和Si在涂层内形成Ti5Si3相，增强涂层的硬度，同时Ti原子和Si原子之间结合力较高，对涂层与基体之间的冶金结合有利；Ni元素是常高温场合下常用的合金元素，Ni元素在高温下起到良好的组织稳定性，形成金属间化合物，强化涂层性能，同时Ni元素有良好的高温抗氧化作用，有利于涂层在高温下的使用寿命；B元素的加入有利于涂层表面形成硼硅酸盐薄膜改善涂层的高温抗氧化能力；Mn元素有脱氧的作用，在高温下Mn元素活度较高，优先与氧气结合，同时Si元素与氧气结合形成连续致密的SiO2薄膜，在SiO2薄膜防护下，Mn元素脱氧，减少高温下氧气对涂层的侵蚀。本发明方法所制备的高温热障涂层，在1300℃下进行了10次循环氧化实验，涂层均未出现脱落现象，氧化增重0.412mg/cm2，在630℃下的氧化实验中涂层质量良好，未出现“Pesting”现象(是指一种能导致合金裂解成小分子或者粉末的现象)。在涂层硬度方面，未添加合金元素的MoSi2涂层硬度约为863HV，添加合金元素后的涂层硬度约为1179HV，添加合金元素的涂层硬度是未添加合金元素涂层硬度的1.3倍。
(4)MoSi2涂层合金化可以有效的减少裂纹气孔等缺陷，在涂层的使用过程中合金元素可以稳定使用性能，在高温下强化涂层的高温抗氧化性能，有效应对在高温复杂环境下涂层性能缺陷的不足，为高温热障涂层的性能优化设计提供了良好的的实践意义。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、钼合金板材预处理：将厚度为4mm的钼合金板材表面进行打磨抛光，去除表面氧化皮，然后用超声波清洗机清洗并烘干，待用；
S2、配制中间层材料：将纯度99％的ZrO2粉末在球磨机中以120r/mm球磨15小时，获得粒径8μm的粉末，即为中间层材料；
S3、配制热障涂层材料：按质量分数，将Cr粉末2.0wt％(纯度97％)；Ti粉末1.0wt％(纯度95％)；Ni粉末2.0wt％(纯度97％)；Mn粉末0.1wt％(纯度98％)；B粉末0.5wt％(纯度95％)以及余量MoSi2粉末(94.4wt％，纯度99％)进行球磨(球磨机转速120r/mm，球磨15小时)，获得以MoSi2粉末为主的混合合金粉末；
S4、制备中间层：将上述的中间层材料涂抹在经预处理后的钼合金板材表面，然后采用放电等离子烧结法，烧结形成0.3mm厚的中间层；其中：烧结工艺参数为：烧结温度为1800℃、烧结压力为30MPa、烧结时间为7分钟；
S5、制备预置粉末涂层：将上述的热障涂层材料与丙酮按质量比1：0.6进行混合，形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，在120℃下干燥10分钟，得到1.5mm厚的预置粉末涂层；
S6、制备高温热障涂层：利用YLS-4000激光表面改性设备对上述预置粉末涂层进行激光熔覆，在钼合金表面制备而成的涂层表面均匀，组织致密，厚度约1.3mm的高温热障涂层；其中：激光熔覆工艺参数为为高度20mm、光斑直径4.2mm、搭接率30％、激光功率为3000W、扫描速度为6mm/s、氩气气量为15L/min。
实施例2
一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、钼合金板材预处理：将厚度为4mm的钼合金板材表面进行打磨抛光，去除表面氧化皮，然后用超声波清洗机清洗并烘干，待用；
S2、配制中间层材料：将纯度99％的ZrO2粉末在球磨机中以100r/mm球磨13小时，获得粒径10μm的粉末，即为中间层材料；
S3、配制热障涂层材料：按质量分数，将Cr粉末3.0wt％；Ti粉末2.0wt％；Ni粉末2.0wt％；Mn粉末0.3wt％；B粉末0.8wt％以及余量MoSi2粉末(91.9wt％)进行球磨(球磨机转速150r/mm，球磨10小时)，获得以MoSi2粉末为主的混合合金粉末；
S4、制备中间层：将上述的中间层材料涂抹在经预处理后的钼合金板材表面，然后采用放电等离子烧结法，烧结形成中间层；其中：烧结工艺参数为：烧结温度为1900℃、烧结压力为35MPa、烧结时间为6分钟；
S5、制备预置粉末涂层：将上述的热障涂层材料与丙酮按质量比1：1进行混合，形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，在130℃下干燥15分钟，得到1.5mm厚的预置粉末涂层；
S6、制备高温热障涂层：利用YLS-4000激光表面改性设备对上述预置粉末涂层进行激光熔覆，在钼合金表面制备而成的涂层表面均匀，组织致密，厚度约1.6mm的高温热障涂层；其中：激光熔覆工艺参数为为高度20mm、光斑直径4.2mm、搭接率30％、激光功率为3500W、扫描速度为7mm/s、氩气气量为15L/min。
实施例3
一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、钼合金板材预处理：将厚度为4mm的钼合金板材表面进行打磨抛光，去除表面氧化皮，然后用超声波清洗机清洗并烘干，待用；
S2、配制中间层材料：将纯度99％的ZrO2粉末在球磨机中以110r/mm球磨10小时，获得粒径9μm的粉末，即为中间层材料；
S3、配制热障涂层材料：按质量分数，将Cr粉末4.0wt％；Ti粉末2.0wt％；Ni粉末2.5wt％；Mn粉末0.3wt％；B粉末0.8wt％以及余量MoSi2粉末(90.4wt％)进行球磨(球磨机转速130r/mm，球磨12小时)，获得以MoSi2粉末为主的混合合金粉末；
S4、制备中间层：将上述的中间层材料涂抹在经预处理后的钼合金板材表面，然后采用放电等离子烧结法，烧结形成中间层；其中：烧结工艺参数为：烧结温度为2000℃、烧结压力为32MPa、烧结时间为7分钟；
S5、制备预置粉末涂层：将上述的热障涂层材料与丙酮按质量比1：1进行混合，形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，在110℃下干燥10分钟，得到1.5mm厚的预置粉末涂层；
S6、制备高温热障涂层：利用YLS-4000激光表面改性设备对上述预置粉末涂层进行激光熔覆，在钼合金表面制备而成的涂层表面均匀，组织致密，厚度约1.8mm的高温热障涂层；其中：激光熔覆工艺参数为为高度20mm、光斑直径4.2mm、搭接率30％、激光功率为3500W、扫描速度为8mm/s、氩气气量为15L/min。
对比例1
一种钼合金表面高温热障涂层制备方法，包括如下步骤：
(1)将厚度为4mm的钼合金板表面氧化物打磨抛光，用超声波清洗机清洗并烘干；
(2)将质量百分数组成为100wt％ZrO2、94.4wt％MoSi2、2wt％Cr、1wt％Ti、2wt％Ni、0.1wt％Mn、0.5wt％B进行球磨，获得以MoSi2粉末为主的混合合金粉末；球磨时间为15h，球磨机转速为120r/mm；ZrO2复合粉末纯度为99％，颗粒直径为8-10μm；MoSi2粉末纯度为99％，颗粒直径为3-5μm；Cr粉末纯度为97％，颗粒直径为3-4μm；Ti粉末纯度为95％，颗粒直径为3-5μm；Ni粉末纯度为97％，颗粒直径为4-6μm；Mn粉末纯度为98％，颗粒直径为2-3μm；B粉末纯度为95％，颗粒直径为2-3μm；
(3)球磨后ZrO2粉末均匀的预置在打磨抛光好的钼合金板上，采用放电等离子烧结技术对涂层进行烧结，烧结工艺参数为：烧结温度1800℃、烧结压力为30MPa、烧结时间为7分钟，将上述混合合金粉末预置在中间层上采用丙酮作为粘结剂，将预涂覆的涂层置于120℃的干燥箱内干燥10分钟，得到预置粉末涂层，厚度为1.5mm；
(4)利用YLS-4000激光表面改性设备对预置粉末涂层进行激光熔覆，所述的激光熔覆工艺参数为为高度20mm、光斑直径4.2mm、搭接率30％、激光功率为3000W、扫描速度为6mm/s、氩气气量为15L/min，在钼合金表面制备而成的涂层表面均匀，组织致密，厚度约为1.3mm的高温热障涂层。
上述对比例1与实施例1制备得到的高温热障涂层，在厚度上差异不大，制备所得涂层组织呈枝晶状生长形式，这是由于激光熔覆冷却速率大的特点，涂层未出现裂纹、气孔等缺陷，这说明激光熔覆形成的熔池将合金粉末均匀熔化。而对比例1制备的涂层与钼合金基体冶金结合效果较差，这是由于基体与涂层中合金成分线膨胀系数的差异。实施例1所制备的涂层在预先采用放电等离子烧结制备了ZrO2中间层后涂层冶金结合效果良好，并且添加了合金元素后，涂层未出现裂纹、气孔等缺陷，同时涂层的硬度也有所提升。
测试：对上述实施例1-3和对比例1进行界面强度和高温使用性能进行测试，采用维氏硬度压痕法对涂层的界面结合强度进行测试根据公式C∝Pn来测算界面结合强度，式中n受涂层厚度影响，C是裂纹长度，P是压入载荷。高温使用性能采用KBS1400加热炉测试，温度设定为1300℃；具体测试结果参见表1。
表1为上述实施例1-3及对比例1涂层性能的测试结果
Figure BDA0003708654400000131
由上述表1的测试结果可以看出，本发明制备的高温热障涂层在高温下的工作寿命和结合强度方便都得到了明显的提升。本发明采用以MoSi2为主的混合合金粉末制备涂层，合金元素经过润湿、溶解和扩散过程，增强涂层与基体之间的结合，减少气孔、裂纹等缺陷，提升了高温使用性能。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、钼合金板材预处理：对钼合金板材表面进行打磨抛光，去除表面氧化皮，然后超声清洗，吹干，待用；
S2、配制中间层材料：所述的中间层材料为氧化锆粉末；
S3、配制热障涂层材料：所述的热障涂层材料由如下组分构成：Cr粉末2.0-5.0wt％；Ti粉末1.0-2.0wt％；Ni粉末2.0-3.0wt％；Mn粉末0.1-0.5wt％；B粉末0.5-1.0wt％以及余量MoSi2粉末；
S4、制备中间层：将所述中间层材料涂抹在经预处理后的所述钼合金板材表面，然后烧结形成所述中间层；
S5、制备预置粉末涂层：将所述热障涂层材料与粘结剂混合形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，干燥后得到所述预置粉末涂层；
S6、制备高温热障涂层：对所述预置粉末涂层进行激光熔覆，在所述中间层上获得高温热障涂层。
2.根据权利要求1所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1、钼合金板材预处理：其中所述的钼合金板材的厚度为3-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S2、配制中间层材料：所述的中间层材料为氧化锆粉末，并进行球磨；其中所述的氧化锆粉末的纯度不小于99％；球磨转速为100-150rpm，球磨时间为10-15小时，且球磨后氧化锆粉末颗粒的粒径为8-10μm。
4.根据权利要求1所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S3、配制热障涂层材料：所述热障涂层材料的配制过程为：按质量分数，将所述Cr粉末2.0-5.0wt％、Ti粉末1.0-2.0wt％、Ni粉末2.0-3.0wt％、Mn粉末0.1-0.5wt％、B粉末0.5-1.0wt％以及余量MoSi2粉末进行混合并球磨，获得以MoSi2粉末为主的混合合金粉末；其中：球磨转速为120-150rpm，球磨时间为12-15小时。
5.根据权利要求4所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S3、配制热障涂层材料：球磨后各粉末的粒径如下：
Cr粉末纯度不低于97％，粉末粒径为3-4μm；
Ti粉末纯度不低于95％，粉末粒径为3-5μm；
Ni粉末纯度不低于97％，粉末粒径为4-6μm；
Mn粉末纯度不低于98％，粉末粒径为2-3μm；
B粉末纯度不低于95％，粉末粒径为2-3μm；
MoSi2粉末纯度不低于99％，粉末粒径为3-5μm。
6.根据权利要求1所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S4、制备中间层：将所述中间层材料涂抹在经预处理后的所述钼合金板材表面，然后采用放电等离子烧结法，烧结形成0.1-0.5mm厚的中间层。
7.根据权利要求6所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S4、制备中间层：其中所述的放电等离子烧结法工艺参数为：烧结温度1800-2000℃、烧结压力30-40MPa、烧结时间5-7分钟。
8.根据权利要求1所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S5、制备预置粉末涂层：将所述热障涂层材料与粘结剂混合形成涂覆浆料，然后将所述涂覆浆料涂抹于所述中间层上，干燥后得到所述预置粉末涂层；其中：所述的粘结剂为丙酮；所述热障涂层材料与所述粘结剂的质量比为1：(0.6-1)；所述预置粉末涂层的厚度为1-2mm，在110-130℃下干燥5-15分钟。
9.根据权利要求1所述的一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤S6、制备高温热障涂层：对所述预置粉末涂层进行激光熔覆，在所述中间层上获得1-2mm厚的高温热障涂层；其中：所述的激光熔覆是在YLS-4000激光表面改性设备上进行，激光工艺参数为高度20mm、光斑直径4.2mm、搭接率30％、激光功率为3000-3500W、扫描速度为5-8mm/s、氩气气流量为10-20L/min。
CN202210715501.2A 2022-06-22 2022-06-22 一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法 Active CN115074723B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210715501.2A CN115074723B (zh) 2022-06-22 2022-06-22 一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210715501.2A CN115074723B (zh) 2022-06-22 2022-06-22 一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115074723A CN115074723A (zh) 2022-09-20
CN115074723B true CN115074723B (zh) 2023-06-23

Family

ID=83253375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210715501.2A Active CN115074723B (zh) 2022-06-22 2022-06-22 一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115074723B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3330633A (en) * 1964-06-26 1967-07-11 United Aircraft Corp Coatings for high-temperature alloys
DE4102495A1 (de) * 1991-01-29 1992-07-30 Thyssen Edelstahlwerke Ag Verfahren zum beschichten von substraten
JPH08225956A (ja) * 1995-02-21 1996-09-03 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk 耐熱・耐酸化性金属加熱体
WO2005005680A2 (en) * 2003-05-06 2005-01-20 Wessex Incorporated Thermal protective coating
DE102012022921A1 (de) * 2011-11-28 2013-05-29 Kennametal Inc. Funktional abgestufte Beschichtung
WO2014064256A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Technip France Protective coating for metal surfaces
CN108463345A (zh) * 2015-11-16 2018-08-28 阔斯泰公司 耐腐蚀组件和制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140057124A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 Kennametal Inc. Corrosion And Wear-Resistant Claddings

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3330633A (en) * 1964-06-26 1967-07-11 United Aircraft Corp Coatings for high-temperature alloys
DE4102495A1 (de) * 1991-01-29 1992-07-30 Thyssen Edelstahlwerke Ag Verfahren zum beschichten von substraten
JPH08225956A (ja) * 1995-02-21 1996-09-03 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk 耐熱・耐酸化性金属加熱体
WO2005005680A2 (en) * 2003-05-06 2005-01-20 Wessex Incorporated Thermal protective coating
DE102012022921A1 (de) * 2011-11-28 2013-05-29 Kennametal Inc. Funktional abgestufte Beschichtung
WO2014064256A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Technip France Protective coating for metal surfaces
CN105102114A (zh) * 2012-10-26 2015-11-25 法国德西尼布 用于金属表面的保护涂层
CN108463345A (zh) * 2015-11-16 2018-08-28 阔斯泰公司 耐腐蚀组件和制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115074723A (zh) 2022-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111850543B (zh) 一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法
CN109234728B (zh) 一种钼合金表面激光熔覆制备MoSi2涂层的方法
CN111996435B (zh) 高熵合金复合粉末及超高速激光熔覆强化镁合金的方法
CN110804711A (zh) 一种高熵合金粉末及激光熔覆层制备方法和应用
CN114481125B (zh) 一种5系铝合金激光修复工艺及使用的Al-Mg-Sc-Zr粉末的制备方法
CN109604865B (zh) 用于连接TiAl合金与Ni基高温合金的锆基钎料
CN114369823A (zh) 一种激光熔覆NiCoFeCrSiAlMoZr高熵合金涂层材料及其制备方法
CN111172530A (zh) 一种修复Mo合金薄板表面硅化物涂层的方法
CN115074723B (zh) 一种钼合金表面高温热障涂层的制备方法
CN113088960B (zh) 一种钛合金软包装耐磨涂层及其制备方法
CN111118367B (zh) 一种难熔金属钼合金表面硅化物涂层的修复方法
CN114875291B (zh) 一种高熵合金粉末及其制备方法和一种高熵合金激光熔覆层及其制备方法
CN115198123B (zh) 一种镍锰锡形状记忆合金的增材制造方法及镍锰锡形状记忆合金
CN112760636B (zh) 一种激光熔覆原位合成钼-硅-硼合金涂层的方法
CN114480920B (zh) 一种3d打印用镍基高温合金粉末及其制备方法和应用
CN114959683A (zh) 一种锆合金表面激光熔覆方法
CN111748811B (zh) 一种牵引电机转子表面强化防腐处理工艺
CN109267061B (zh) 一种tzm合金薄板表面硅化物涂层的制备方法
CN111188037A (zh) 一种用于热挤压模具激光熔覆的Fe基合金粉末及其应用
CN115287647B (zh) 一种激光熔覆陶瓷颗粒增强铝基熔覆层及其制备方法
CN117660824B (zh) 基于NiCrLaCdZrC粉末的激光合金、复合涂层及复合涂层的制备方法
CN116140787A (zh) 一种高熵合金粉末增强镁合金搅拌摩擦焊缝的方法
CN113445046B (zh) 一种钨合金及模具浇口杯表面激光熔覆钨合金的方法
CN115505801B (zh) 一种高强度3d打印铝合金材料、打印方法及铝合金零件
CN114657550B (zh) 一种耐高温磨擦磨损难熔高熵合金涂层的制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant