一種Si改性的β-(Ni,Pt)Al涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高溫合金基體上高溫防護(hù)涂層的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種Si 改性的P-(Ni, Pt)Al涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，人們對其發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也越來越高。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的 使用效率，需提高進(jìn)口端溫度，運(yùn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)材料具有優(yōu)異的高溫性能，如抗氧化及抗高溫 腐蝕能力。但普通高溫合金并不能滿足運(yùn)些性能，因此需在其表面涂覆高溫防護(hù)涂層，利用 涂層的抗氧化及抗熱腐蝕能力，保護(hù)基體在高溫下不發(fā)生氧化。常用的高溫防護(hù)涂層可分 為MCrAlY涂層及侶化物擴(kuò)散涂層。
[0003] MCrAlY涂層由于具有良好的抗熱腐蝕性能及高溫塑性而受到人們廣泛使用，其涂 層內(nèi)Al含量一般在8~14wt. %。但當(dāng)使用溫度高于Iiocrc及W上時(shí)，將在涂層表面生成 較厚的氧化侶薄膜，導(dǎo)致涂層內(nèi)起保護(hù)作用的Al元素被大量消耗，從而使涂層發(fā)生退化及 失效。
[0004] 侶化物涂層一般通過包埋滲侶或化學(xué)氣相滲侶方法，在基體表面生成一層侶化物 涂層，一般為0 -NiAl相。由于其Al元素含量較高，約30wt. %，因此具有良好的抗高溫氧 化能力。但普通侶化物涂層脆性較大，抗熱腐蝕和抗疲勞蠕變性能較差，在腐蝕性環(huán)境中涂 層退化較快。因此人們在傳統(tǒng)侶化物涂層的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出改性侶化物涂層，如銷改性侶化 物涂層，其具有更好的抗氧化性能和熱腐蝕性能。傳統(tǒng)銷侶涂層，首先在高溫合金表面通過 電鍛或磁控瓣射等方法獲得一層銷層，經(jīng)過一定溫度退火后，隨后采用包埋滲侶或化學(xué)氣 相滲侶的方式獲得銷侶涂層。 陽〇化]但是，由于包埋滲侶方法是將高溫合金與粉末直接接觸，導(dǎo)致滲侶過程中引入夾 雜，降低涂層的使用壽命。因此如何避免粉末雜質(zhì)污染涂層是銷侶涂層研究的熱點(diǎn)之一。 此外，包埋滲侶方法制備的銷侶涂層，其表面一般會(huì)生成大量的PtAlz相，該相在高溫使用 溫度范圍內(nèi)發(fā)生相變，導(dǎo)致涂層表面權(quán)皺起伏，降低其循環(huán)壽命?；瘜W(xué)氣相滲侶技術(shù)是最近 一二十年發(fā)展的一種滲侶技術(shù)，避免粉末與合金接觸，可制備出性能優(yōu)異的銷侶涂層，但該 制備方法對滲侶設(shè)備要求較高，且采用氣相滲侶制備的樣品成分可控性較低。因此，研究新 型銷侶涂層制備工藝是目前的研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種Si改性的0 -(Ni, Pt)Al涂層及其制備方法，利用電鍛 及電弧離子鍛技術(shù)，制備出Si改性0 -(Ni, Pt) Al涂層，有效解決了采用傳統(tǒng)滲侶工藝制備 銷侶涂層中含有夾雜物的問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種Si改性的0 -(Ni, Pt)Al涂層的制備方法，該方法包括如下步驟：
[0009] (1)對基體（儀基高溫合金）依次進(jìn)行前處理、電化學(xué)除油處理及活化處理，為提 高鍛Pt層與基體的結(jié)合力，在電鍛Pt前對基體預(yù)鍛Ni層，所述預(yù)鍛Ni層過程為：將活化 后的基體放入預(yù)鍛儀鍛液中進(jìn)行電鍛，基體作為陰極，陽極為儀板，電流密度為4A/dm2,電 鍛時(shí)間Imin ;所述鍛液組成為：氯化儀200~250g/l，鹽酸180~250ml/l，其余為去離子 水；
[0010] 似電鍛Pt層：將預(yù)鍛Ni層的基體放入鍛Pt液中電鍛，工藝參數(shù)為：電鍛溫度 70°C，電流密度2A/dm2,電鍛時(shí)間10~30min ;基體為陰極，銷鐵網(wǎng)為陽極；電鍛液配方為： 二亞硝基二氨合銷（W銷當(dāng)量計(jì)算）6旨/1，氨基橫酸20~65g/l，其余為去離子水；電鍛液 pH為1.5 ;Pt層厚度1~4ym;
[0011] (3)將步驟（2)電鍛Pt層后的基體進(jìn)行進(jìn)行除氨及預(yù)擴(kuò)散處理，具體過程為：先 在260°C保溫比進(jìn)行除氨處理，再在1050~Iiocrc下退火1~化，使基體中元素與Pt發(fā) 生互擴(kuò)散；經(jīng)退火處理后的試樣進(jìn)行超聲清洗，W去除表面的雜質(zhì)，然后進(jìn)行步驟（4)。
[0012] (4)采用電弧離子鍛（Al巧工藝，在退火處理后試樣上沉積AlSiY涂層，沉積時(shí)間 為3~化，AlSiY涂層厚度在10~20 y m，所用AlSiY祀材的成分為：A1為94. Iwt. %、Y為 1. 2wt. %、Si為4. 7wt. % ;沉積工藝參數(shù)為：弧電壓19-21V，弧電流53-65A，直流脈沖負(fù)偏 壓 220-230V，占空比 0. 3,氣氣分壓（3. 0 ~3. 3) X 10 ipa ;
[0013] 巧）將經(jīng)步驟（4)沉積AlSiY涂層的試樣進(jìn)行退火處理，退火溫度為1000~ 1100。保溫2~化，即獲得所述Si改性的0 -(Ni, Pt)Al涂層。
[0014] 步驟（1)中，所述前處理是指對基體進(jìn)行打磨、噴砂（用200目玻璃丸進(jìn)行濕噴砂 處理）或超聲處理。
[0015] 步驟（1)中，所述電化學(xué)除油具體操作為：將經(jīng)前處理的基體放入5wt. %化OH溶 液中電鍛除油，基體為陰極，純儀板為陽極，電流密度為8A/dm2,電鍛時(shí)間30s ;電化學(xué)除油 后用去離子水清洗，然后進(jìn)行活化處理；所述活化處理是將基體放入王水（37wt. %濃鹽酸 與65wt. %濃硝酸按照3:1體積配比混合）中活化10s，W獲得新鮮并具有一定粗糖度的基 體表面?；罨幚頃r(shí)采用的王水，需現(xiàn)配現(xiàn)用，有效時(shí)間小于4h。
[0016] 步驟（3)和步驟（5)退火過程中，采用在真空條件及氣氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火，為 防止涂層剝落，加熱速率為4~6°C /min,隨爐冷卻。
[0017] 所述步驟（4)及步驟妨中的電鍛，均采用雙陽極，陰極位于兩個(gè)陽極面的中心 陽極面積/陰極面積=2:1。
[0018] 上述方法制備的Si改性的0-(Ni, Pt)Al涂層中，Pt含量為3~6at. %，A1含量 為30~45at. % ,Si含量為0.5~2at. %。該涂層的主要相成分為0-(Ni, Pt) Al,還含有 丫'-NisAl 相和 / 或 PtAlz相。
[0019] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、本發(fā)明首先在高溫合金上電鍛一層Pt層，然后進(jìn)行高溫退火，使Pt與基體元素 發(fā)生互擴(kuò)散，再采用電弧離子鍛（Al巧方法沉積AlSiY涂層，經(jīng)一定熱處理可獲得Si改性 的e-(Ni，Pt)Al涂層。它利用電鍛與電弧離子鍛技術(shù)沉積涂層，然后結(jié)合相應(yīng)的擴(kuò)散退火 工藝，制備出Si改性的0-(Ni, Pt) Al涂層。
[0021] 2、本發(fā)明所用基體為儀基高溫合金，一般為單晶，具有較好的高溫力學(xué)性能，且作 為基體時(shí)其外形簡單，無深孔或彎折等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0022] 3、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)鍛Pt層厚度、AlSiY層厚度、成分及退火工藝參數(shù)，可達(dá)到精確 控制涂層化學(xué)成分、厚度的目的，同時(shí)彌補(bǔ)了包埋滲侶方法中引入夾雜的不足。
【附圖說明】
[0023] 圖1為電鍛Pt層退火后的截面形貌。
[0024] 圖2為退火后Si改性0 -(化Pt) Al涂層的截面形貌。
[00巧]圖3為退火后涂層X畑圖譜分析。 陽0%] 圖4為退火后涂層的截面主要元素分布情況。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例詳述本發(fā)明，涂層的組織和成分表征手段，包括掃描電鏡（SEM) 和能譜分析巧DS)。 陽0測 實(shí)施例1
[0029] 本實(shí)施例是在儀基高溫合金基體上制備Si改性的0 -(Ni, Pt)Al涂層，所用儀基 高溫合金值DW 成分為（wt. % ) :Co 7. 5%，Cr 7. 0%，Al 6. 2%，Re 3. 0%，Mo 1. 5%，W 5. 0%，Ta 6. 5%，Hf 0. 15%，C 0. 05%，B 0. 004%，Y 0. 01%，余量為 Ni。制備過程如下：
[0030] 首先，對高溫合金基體進(jìn)行前處理，前處理包括對基體進(jìn)行打磨、噴砂、超聲處理 等；
[0031] 在電鍛Pt層前，對基體進(jìn)行電化學(xué)除油、活化、預(yù)鍛Ni處理，W去除基體表面的油 污、氧化皮，提高基體及鍛Pt層之間的結(jié)合力。電化學(xué)除油具體工藝參數(shù)為：室溫下將基體 放入5wt.