一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層及其制備方法，其搪瓷料漿化學(xué)組成的質(zhì)量份為：玻璃料：60～65，氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料：35～40，高嶺土：4～6，水：65～70，玻璃料化學(xué)組成的質(zhì)量百分比分數(shù)為：SiO2：40～42，BaO：40～42，CaO：4～6，TiO2：3～5，ZnO：3～4，CeO2：2～4，CoO：1～2，K2O：2～3。制備方法為：將摩爾比為1:1的氧化鋁和氧化鈦燒結(jié)制備成復(fù)相陶瓷，進行粉碎研磨，將玻璃料、氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料、高嶺土和水混合進行高能球磨得到搪瓷料漿，將搪瓷料漿噴涂于鎳基合金表面，烘干后，進行1190℃、5分鐘燒結(jié)得到超高溫搪瓷涂層。本發(fā)明鎳基合金超高溫搪瓷涂層具有1130℃、100小時抗氧化能力，并且能夠承受1000℃加熱、然后20℃水冷15次的抗熱震能力。
【專利說明】一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫搪瓷涂層【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳基合金是燃氣輪機葉片的重要材料。隨著燃氣輪機推重比和效率的提高，對鎳基合金工作溫度的要求也越來越高。搪瓷涂層以氧化物為主，通過成分控制可以改變其物理性能、力學(xué)性能和熱膨脹系數(shù)，而且搪瓷涂層具有很好的熱化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能，是鎳基合金有效的高溫抗腐蝕和抗氧化涂層。
[0003]文獻I (謝冬柏，王福會.MCrAlY/搪瓷復(fù)合涂層的抗高溫氧化及熱腐蝕性能，材料研究學(xué)報，2003，17 (6):583-589)在K38G合金上、文獻2 (田秀娟，王福會，李慶芬.搪瓷/NiCrAH復(fù)合涂層的抗高溫氧化及熱腐蝕行為，中國腐蝕與防護學(xué)報，2005，25(6): 344-350)在K52合金上制備了搪瓷涂層，其化學(xué)組成質(zhì)量百分比為Si0258.26、Al2037.98、Zr025.29、Zn09、B2034.66、Ca03.66、Na203.4、余量其他氧化物，其抗氧化溫度達到900°C。為了進一步提高抗氧化溫度，文獻3 (沈明禮，朱圣龍，王福會.鎳基高溫合金上雙層搪瓷-陶瓷復(fù)合涂層1000°C氧化機理，腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2012，24 (I):10-14)在K38G合金上制備了雙層搪瓷-陶瓷復(fù)合涂層，搪瓷涂層的化學(xué)組成為質(zhì)量比為1:1的搪瓷釉料與剛玉粉末和質(zhì)量比為1:1的搪瓷釉料與石英粉末，搪瓷釉料成分同文獻2，其抗氧化溫度達到1000°C?！吨袊娇詹牧鲜謨浴返?卷報道了一種高溫搪瓷涂層，其化學(xué)組成質(zhì)量份為玻璃料70、Cr20330、粘土 5、水70，其中玻璃料的化學(xué)組成質(zhì)量百分比為Si0243.0、Ba042.5、Ca04.0、Zn05.0、Be02.5、Mo033.0，其在GH39合金上的抗氧化溫度達到1100°C。然而，這些搪瓷涂層不能滿足燃氣輪機推重比和效率的提高對鎳基合金抗氧化保護越來越高的要求，具體表現(xiàn)在抗氧化溫度低，搪瓷涂層熱膨脹系數(shù)低，抗熱震性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種抗氧化溫度更高和抗熱震性能更好的鎳基合金超高溫搪瓷涂層。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]所述一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層，其特征在于:搪瓷料漿化學(xué)組成的質(zhì)量份分別為:玻璃料:60~65，氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料:35~40，高嶺土:4~6，水:65~70。
[0007]進一步的優(yōu)選方案，所述一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層，其特征在于:搪瓷涂層的玻璃料化學(xué)組成的質(zhì)量百分比分數(shù)分別為=S12:40~42，BaO:40~42，CaO:4~6，T12:3 ~5，ZnO:3 ~4，CeO2:2 ~4，CoO:I ~2，K2O:2 ~3。
[0008]進一步的優(yōu)選方案，所述一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層，其特征在于:搪瓷涂層的氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料化學(xué)組成的摩爾比為1:1。
[0009]所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0010]步驟1:將摩爾比為1:1的氧化鋁和氧化鈦燒結(jié)制備成復(fù)相陶瓷，進行粉碎研磨，得到平均粒徑小于10 μ m的氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料；
[0011]步驟2:然后將玻璃料、步驟I所述氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料、高嶺土和水混合，進行高能球磨，得到搪瓷料漿；
[0012]步驟3:將步驟2所述搪瓷料漿噴涂于經(jīng)過噴砂處理的鎳基合金表面，形成厚度為60~100 μ m的料漿涂層，進行200°C、I~2小時烘干；
[0013]步驟4:將步驟3中烘干后的鎳基合金搪瓷料漿涂層放入1190°C的馬弗爐中，燒結(jié)5分鐘后取出，在鎳基合金表面得到超高溫搪瓷涂層。
[0014]進一步的優(yōu)選方案，所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:步驟1、步驟2中所述玻璃料、氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料、高嶺土的質(zhì)量純度均不小于99.9%。
[0015]進一步的優(yōu)選方案，所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:步驟2中所述水為去離子水。
[0016]進一步的優(yōu)選方案，所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:步驟2中所述高能球磨的轉(zhuǎn)速為160~200轉(zhuǎn)/分鐘、時間為2~4小時。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:超高溫搪瓷涂層顯微結(jié)構(gòu)是硅鋇玻璃基體中鑲嵌氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷細微晶體，超高溫搪瓷涂層致密光滑，軟化點高，抗氧化溫度高，達到1130°C，氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷熱膨脹系數(shù)高、導(dǎo)熱系數(shù)低，使超高溫搪瓷涂層熱膨脹系數(shù)高，與鎳基合金結(jié)合強度高，抗熱震性能好，能夠承受1000°C加熱、然后20°C水冷15次的抗熱震能力。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]本實施例的K38G合金超高溫搪瓷涂層，搪瓷料漿由以下質(zhì)量份的成分組成:玻璃料:60，氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料:40，高嶺土:6，水:70。
[0021]本實施例的玻璃料由以下質(zhì)量百分比的組分組成=S12:42, BaO:42, CaO:4，T12:3，ZnO:3，CeO2:2，CoO:2，K2O:2。
[0022]本實施例的氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料化學(xué)組成的摩爾比為1:1。
[0023]本實施例的K38G合金超高溫搪瓷涂層的制備方法為:
[0024]步驟一、將摩爾比為1:1的氧化鋁和氧化鈦燒結(jié)制備成復(fù)相陶瓷，進行粉碎研磨，得到平均粒徑為9.0 μ m、純度為99.92%的氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料；
[0025]步驟二、將玻璃料(S12粒度8.5 μ m、純度99.95 %，BaO粒度8.0 μ m、純度99.95 %，CaO 粒度 12.0 μ m、純度 99.95 %，T12 粒度 9.0 μ m、純度 99.95 %，ZnO 粒度7.8 μ m、純度 99.95 %，CeO2 粒度 8.0 μ m、純度 99.95 %，CoO 粒度 7.9 μ m、純度 99.95 %，K2O粒度15.0 μ m、純度99.97% )、步驟一所述氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料、高嶺土(粒度4.5 μ m、純度99.95% )和去離子水混合,放入氧化招球磨罐,采用氧化錯球,進行160轉(zhuǎn)/分鐘、4小時高能球磨，得到搪瓷料漿；[0026]步驟三、將步驟二所述搪瓷料漿噴涂于經(jīng)過噴砂處理的K38G合金表面，形成厚度為100 μ m的料漿涂層，進行200°C、I小時干燥；
[0027]步驟四、將步驟三中烘干后的鎳基合金搪瓷料漿涂層放入1190°C的馬弗爐中，燒結(jié)5分鐘后取出，在K38G合金表面得到超高溫搪瓷涂層UHT-Kl。
[0028]本實施例制備的K38G合金超高溫搪瓷涂層抗氧化溫度達到1130°C，抗氧化性能優(yōu)良，見表1。與《中國航空材料手冊》第9卷報道的TYF-1高溫搪瓷涂層相比，抗氧化性能更優(yōu)，見表2 (以本實施例相同步驟在GH39合金表面制備UHT-Kl超高溫搪瓷涂層)。1000°C加熱、然后20°C水冷，進行15次的抗熱震性能測試，搪瓷涂層沒有開裂和剝落，本實施例制備的超高溫搪瓷涂層抗熱震性能優(yōu)良。
[0029]表1K38G合金超高溫搪瓷涂層UHT-Kl抗氧化性能
【權(quán)利要求】
1.一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層，其特征在于:搪瓷料漿化學(xué)組成的質(zhì)量份分別為:玻璃料:60~65，氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料:35~40，高嶺土:4~6，水:65~70。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層，其特征在于:搪瓷涂層的玻璃料化學(xué)組成的質(zhì)量百分比分數(shù)分別為=S12:40~42，BaO:40~42，CaO:4~6，T12:3~5，ZnO:3 ~4，CeO2:2 ~4，CoO:I ~2，K2O:2 ~3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種鎳基合金超高溫搪瓷涂層，其特征在于:搪瓷涂層的氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料化學(xué)組成的摩爾比為1:1。
4.一種制備權(quán)利要求1或2或3所述鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟1:將摩爾比為1:1的氧化鋁和氧化鈦燒結(jié)制備成復(fù)相陶瓷，進行粉碎研磨，得到平均粒徑小于10 μ m的氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料； 步驟2:然后將玻璃料、步驟I所述氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料、高嶺土和水混合，進行高能球磨，得到搪瓷料衆(zhòng)； 步驟3:將步驟2所 述搪瓷料漿噴涂于經(jīng)過噴砂處理的鎳基合金表面，形成厚度為60~100 μ m的料漿涂層，進行200°C、I~2小時烘干； 步驟4:將步驟3中烘干后的鎳基合金搪瓷料漿涂層放入1190°C的馬弗爐中，燒結(jié)5分鐘后取出，在鎳基合金表面得到超高溫搪瓷涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:步驟1、步驟2中所述玻璃料、氧化鋁氧化鈦復(fù)相陶瓷料、高嶺土的質(zhì)量純度均不小于99.9%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:步驟2中所述水為去離子水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種制備鎳基合金超高溫搪瓷涂層的方法，其特征在于:步驟2中所述高能球磨的轉(zhuǎn)速為160~200轉(zhuǎn)/分鐘、時間為2~4小時。
【文檔編號】C03C8/20GK104030570SQ201410249932
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】汪誠, 華云峰, 柴燕, 安志斌, 孫冬 申請人:中國人民解放軍空軍工程大學(xué)