專利名稱：一種用于高溫預置涂層的電子束熔覆改性方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料表面涂層改性的處理方法，具體涉及一種高溫預置涂層電子 束熔覆改性的工藝方法，屬于材料表面處理技術領域。
背景技術：
隨著航空航天技術的發(fā)展，對動力機械如發(fā)動機、航天飛行器姿態(tài)控制發(fā)動機等 提出了更高的要求，許多結構件需要工作在高溫條件下，要求具有高溫強度和抗氧化性。為 了保護熱端部件不受氧化和腐蝕以及其它危害、延長發(fā)動機等部件的工作壽命，人們花費 了大量精力研究了各種各樣的高溫合金涂層。中國專利公開號CN101200372A，公開了一種 高溫抗氧化材料及由其制備的高溫抗氧化涂層，并對其性能壽命、力學性能以及焊接性能 等進行了檢測與比較，結果表明，涂層后的鈮鎢合金不僅具有很強的高溫抗氧化性，同時也 保持原有的優(yōu)異力學性能，且與鈦合金焊接后涂層性能仍然良好。目前，以衛(wèi)星等航天器為代表的相關結構部件提出了增加有效載荷和延長工作壽 命的需求，現(xiàn)應用于型號上的鈮合金/硅化物涂層已不能完全滿足這類新型發(fā)動機高溫高 壓工作的要求。近年來，利用高能束(電子束、離子束、激光束)進行金屬材料表面改性的 方法得到了迅速發(fā)展。中國專利公開號CN1603426A，公開了一種采用激光束作為熱源，提高 硼酸鋁晶須/鋁復合材料表面耐磨耐腐蝕的方法；專利公開號CN101423940A，公開了一種 利用激光表面處理制備高硬度Cu基非晶合金涂層的方法；專利公開號CN1563213A，公開了 一種利用電子束物理氣象沉積粘結層成分連續(xù)變化的梯度熱障涂層方法，它是在金屬表面 鍍上一層粘結層材料和陶瓷層材料，通過控制參數(shù)提高了粘結層的抗長時間高溫氧化腐蝕 的性能和服役壽命。進一步提高飛行器壽命和容量需要發(fā)動機具有更高的比沖，進而需要更高的工作 溫度。盡管現(xiàn)有的各類涂層材料及表面改性方法得到有效應用，但這些技術已難以在提高 高溫涂層性能上取得明顯的進展，不能完全滿足航天器大容量、高可靠性、長壽命的發(fā)展要 求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了進一步提高耐高溫涂層的抗高溫氧化性能，提出一種用于高 溫預置涂層的電子束熔覆改性方法，通過快速加熱、熔化和凝固，大幅度地改善預置涂層內 在及表面質量，提高涂層抗高溫氧化腐蝕性能和耐沖刷性能。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種用于高溫預置涂層的電子束熔覆改性方法，其具體步驟為1)基材的制備以鈮鎢合金為基材，制成80X20X Imm的樣件，然后經過打磨、拋 光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序；2)預置涂層把硅化物粉末制成涂層料漿，然后涂覆在步驟1)中的基材表面， 在真空燒結爐中進行燒結預置，得到預置涂層樣件；真空燒結爐中的真空度為1X10—2 10X10_2Pa，溫度為1200 1800°C，燒結時間為1 12小時；3)電子束熔覆改性將步驟2)得到的預置涂層樣件放置在真空電子束加工設備 工作臺上進行電子束熔覆改性工作，將預置涂層樣件放置到距離電子槍100 300mm處；電 子束熔覆改性工藝參數(shù)為電子束功率為4. 5 12. 0KW，束斑直徑為10 20mm，掃描波形 頻率為50 2000Hz，掃描速度為5 20mm/s，掃描搭接區(qū)域寬度為2 4mm。有益效果
(1)本發(fā)明采用電子束作為熔覆改性熱源，相對其他高能束改性而言，電子束改性 表現(xiàn)出了更多的優(yōu)點電子束能量的利用率(高達90%)不依賴于材料表面的特性，不受 過程氣氛干擾，所以能量利用率是激光束的7-8倍；在大功率應用方面，電子束具有顯著優(yōu) 勢，可以滿足各種涂層材料和涂層厚度的熔覆改性；真空環(huán)境條件下的熔覆過程將能獲得 更好的處理效果，工藝簡單，避免了大氣環(huán)境對涂層材料的破壞。(2)本發(fā)明通過通過電磁透鏡的調節(jié)，可以方便地獲得不同截面形狀及能量分布 的電子束，更適應異性工件應用。設計的類橢圓形掃描束斑，掃描熱作用區(qū)大而均勻，每道 搭接量控制在2 4mm，有效減少工件的熔覆次數(shù)，提高工作效率，滿足較大工件的熔覆改 性要求。(3)本發(fā)明通過調整電子束熔覆改性的各個工藝參數(shù)(電子束功率、束斑直徑、掃 描波形頻率、掃描速度、掃描搭接區(qū)域寬度等)，從而在鈮鎢合金表面獲得了具有一定厚度、 表面顆粒排列整齊有序、表面平整度良好的耐熱抗氧化涂層，大幅提高了工件的耐高溫性 能和抗沖刷性能。


圖1為本發(fā)明的預置涂層電子束熔覆改性工藝方法示意圖；圖2為未進行電子束熔覆改性的涂層表面SEM照片；圖3為經過電子束熔覆改性的涂層表面SEM照片。
具體實施例方式下面通過實例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明不僅限于這些實施例。實施例1一種用于高溫預置涂層的電子束熔覆改性方法，其單道熔覆改性的具體步驟為1)基材的制備以鈮鎢合金為基材，制成80X20X Imm的樣件，然后經過打磨、拋 光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序，使表面粗糙度達到 ο μ m ；2)預置涂層把硅化物粉末制成涂層料漿，然后涂覆在步驟1)中的基材表面，在 真空燒結爐中進行燒結預置，真空燒結爐中的真空度為6 X IO-2Pa,溫度為1500°C，燒結2小 時，得到預置涂層樣件；硅化物由Si、Mo、W組成，其質量比為1 1 1;獲得厚度為IOOym 的預置涂層，其表面的SEM照片如圖2所示；3)電子束熔覆改性將步驟2)得到的預置涂層樣件放置在真空電子束加工設備 工作臺上進行電子束熔覆改性工作，如圖1所示，將預置涂層樣件放置到距離電子槍300mm 處；電子束熔覆改性工藝參數(shù)為電子束功率為4. 5KW，束斑直徑為10mm，掃描波形頻率為 100Hz，掃描速度為5mm/s，掃描搭接區(qū)域寬度為2mm，得到鈮鎢合金的熔覆樣品，其表面的SEM照片如圖3所示，由圖中可以看出，表面粗糙度顯著降低。實施例2一種用于高溫預置涂層的電子束熔覆改性方法，其多道搭接熔覆改性的具體步驟為1)基材的制備以鈮鎢合金為基材，制成80X20X Imm的樣件，然后經過打磨、拋 光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序，使表面粗糙度達到6 μ m ；2)預置涂層把硅化物粉末制成涂層料漿，然后涂覆在步驟1)中的基材表面，在 真空燒結爐中進行燒結預置，真空燒結爐中的真空度為6 X IO-2Pa,溫度為1500°C，燒結2小 時，得到預置涂層樣件；硅化物由Si、Mo、W組成，其質量比為1 1 1;獲得厚度為IOOym 的預置涂層；3)電子束熔覆改性將步驟2)得到的預置涂層樣件放置在真空電子束加工設備 工作臺上進行電子束熔覆改性工作，如圖1所示，將預置涂層樣件放置到距離電子槍300mm 處；電子束熔覆改性工藝參數(shù)為電子束功率為5KW，束斑直徑為10mm，掃描波形頻率為 100Hz，掃描速度為6mm/s，掃描搭接區(qū)域寬度為4mm ；4)重復進行步驟3)兩次，得到鈮鎢合金的熔覆樣品。
權利要求
一種用于高溫預置涂層的電子束熔覆改性方法，其特征在于其具體步驟為1)基材的制備以鈮鎢合金為基材，制成80×20×1mm的樣件，然后經過打磨、拋光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序；2)預置涂層把硅化物粉末制成涂層料漿，然后涂覆在步驟1)中的基材表面，在真空燒結爐中進行燒結預置，得到預置涂層樣件；真空燒結爐中的真空度為1×10 2～10×10 2Pa，溫度為1200～1800℃，燒結時間為1～12小時；3)電子束熔覆改性將步驟2)得到的預置涂層樣件放置在真空電子束加工設備工作臺上進行電子束熔覆改性工作，將預置涂層樣件放置到距離電子槍100～300mm處；電子束熔覆改性工藝參數(shù)為電子束功率為4.5～12.0KW，束斑直徑為10～20mm，掃描波形頻率為50～2000Hz，掃描速度為5～20mm/s，掃描搭接區(qū)域寬度為2～4mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料表面涂層改性的處理方法，具體涉及一種高溫預置涂層電子束熔覆改性的工藝方法，屬于材料表面處理技術領域。其具體步驟為以鈮鎢合金為基材，然后經過打磨、拋光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序；把硅化物粉末制成涂層料漿，然后涂覆在步驟1)中的基材表面，在真空燒結爐中進行燒結預置，得到預置涂層樣件；將預置涂層樣件放置到距離電子槍100～300mm處。本發(fā)明在真空環(huán)境條件下的熔覆過程將能獲得更好的處理效果，工藝簡單，避免了大氣環(huán)境對涂層材料的破壞，工作效率高，鈮鎢合金表面具有一定厚度、表面顆粒排列整齊有序、表面平整度良好的耐熱抗氧化涂層，大幅提高了工件的耐高溫性能和抗沖刷性能。
文檔編號C23C24/10GK101962767SQ20101052282
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權日2010年10月26日
發(fā)明者何俊, 劉志棟, 張永和, 張濤, 陳威 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所