CN101962767A - 一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料表面涂层改性的处理方法，具体涉及一种高温预置涂层电子束熔覆改性的工艺方法，属于材料表面处理技术领域。其具体步骤为：以铌钨合金为基材，然后经过打磨、抛光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序；把硅化物粉末制成涂层料浆，然后涂覆在步骤1)中的基材表面，在真空烧结炉中进行烧结预置，得到预置涂层样件；将预置涂层样件放置到距离电子枪100～300mm处。本发明在真空环境条件下的熔覆过程将能获得更好的处理效果，工艺简单，避免了大气环境对涂层材料的破坏，工作效率高，铌钨合金表面具有一定厚度、表面颗粒排列整齐有序、表面平整度良好的耐热抗氧化涂层，大幅提高了工件的耐高温性能和抗冲刷性能。

Description

一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法

技术领域

本发明涉及一种材料表面涂层改性的处理方法，具体涉及一种高温预置涂层电子束熔覆改性的工艺方法，属于材料表面处理技术领域。

背景技术

随着航空航天技术的发展，对动力机械如发动机、航天飞行器姿态控制发动机等提出了更高的要求，许多结构件需要工作在高温条件下，要求具有高温强度和抗氧化性。为了保护热端部件不受氧化和腐蚀以及其它危害、延长发动机等部件的工作寿命，人们花费了大量精力研究了各种各样的高温合金涂层。中国专利公开号CN101200372A，公开了一种高温抗氧化材料及由其制备的高温抗氧化涂层，并对其性能寿命、力学性能以及焊接性能等进行了检测与比较，结果表明，涂层后的铌钨合金不仅具有很强的高温抗氧化性，同时也保持原有的优异力学性能，且与钛合金焊接后涂层性能仍然良好。

目前，以卫星等航天器为代表的相关结构部件提出了增加有效载荷和延长工作寿命的需求，现应用于型号上的铌合金/硅化物涂层已不能完全满足这类新型发动机高温高压工作的要求。近年来，利用高能束(电子束、离子束、激光束)进行金属材料表面改性的方法得到了迅速发展。中国专利公开号CN1603426A，公开了一种采用激光束作为热源，提高硼酸铝晶须/铝复合材料表面耐磨耐腐蚀的方法；专利公开号CN101423940A，公开了一种利用激光表面处理制备高硬度Cu基非晶合金涂层的方法；专利公开号CN1563213A，公开了一种利用电子束物理气象沉积粘结层成分连续变化的梯度热障涂层方法，它是在金属表面镀上一层粘结层材料和陶瓷层材料，通过控制参数提高了粘结层的抗长时间高温氧化腐蚀的性能和服役寿命。

进一步提高飞行器寿命和容量需要发动机具有更高的比冲，进而需要更高的工作温度。尽管现有的各类涂层材料及表面改性方法得到有效应用，但这些技术已难以在提高高温涂层性能上取得明显的进展，不能完全满足航天器大容量、高可靠性、长寿命的发展要求。

发明内容

本发明的目的是为了进一步提高耐高温涂层的抗高温氧化性能，提出一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法，通过快速加热、熔化和凝固，大幅度地改善预置涂层内在及表面质量，提高涂层抗高温氧化腐蚀性能和耐冲刷性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法，其具体步骤为：

1)基材的制备：以铌钨合金为基材，制成80×20×1mm的样件，然后经过打磨、抛光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序；

2)预置涂层：把硅化物粉末制成涂层料浆，然后涂覆在步骤1)中的基材表面，在真空烧结炉中进行烧结预置，得到预置涂层样件；真空烧结炉中的真空度为1×10^-2～10×10^-2Pa，温度为1200～1800℃，烧结时间为1～12小时；

3)电子束熔覆改性：将步骤2)得到的预置涂层样件放置在真空电子束加工设备工作台上进行电子束熔覆改性工作，将预置涂层样件放置到距离电子枪100～300mm处；电子束熔覆改性工艺参数为：电子束功率为4.5～12.0KW，束斑直径为10～20mm，扫描波形频率为50～2000Hz，扫描速度为5～20mm/s，扫描搭接区域宽度为2～4mm。

有益效果

(1)本发明采用电子束作为熔覆改性热源，相对其他高能束改性而言，电子束改性表现出了更多的优点：电子束能量的利用率(高达90％)不依赖于材料表面的特性，不受过程气氛干扰，所以能量利用率是激光束的7-8倍；在大功率应用方面，电子束具有显著优势，可以满足各种涂层材料和涂层厚度的熔覆改性；真空环境条件下的熔覆过程将能获得更好的处理效果，工艺简单，避免了大气环境对涂层材料的破坏。

(2)本发明通过通过电磁透镜的调节，可以方便地获得不同截面形状及能量分布的电子束，更适应异性工件应用。设计的类椭圆形扫描束斑，扫描热作用区大而均匀，每道搭接量控制在2～4mm，有效减少工件的熔覆次数，提高工作效率，满足较大工件的熔覆改性要求。

(3)本发明通过调整电子束熔覆改性的各个工艺参数(电子束功率、束斑直径、扫描波形频率、扫描速度、扫描搭接区域宽度等)，从而在铌钨合金表面获得了具有一定厚度、表面颗粒排列整齐有序、表面平整度良好的耐热抗氧化涂层，大幅提高了工件的耐高温性能和抗冲刷性能。

附图说明

图1为本发明的预置涂层电子束熔覆改性工艺方法示意图；

图2为未进行电子束熔覆改性的涂层表面SEM照片；

图3为经过电子束熔覆改性的涂层表面SEM照片。

具体实施方式

下面通过实例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例。

实施例1

一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法，其单道熔覆改性的具体步骤为：

1)基材的制备：以铌钨合金为基材，制成80×20×1mm的样件，然后经过打磨、抛光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序，使表面粗糙度达到10μm；

2)预置涂层：把硅化物粉末制成涂层料浆，然后涂覆在步骤1)中的基材表面，在真空烧结炉中进行烧结预置，真空烧结炉中的真空度为6×10^-2Pa，温度为1500℃，烧结2小时，得到预置涂层样件；硅化物由Si、Mo、W组成，其质量比为1∶1∶1；获得厚度为100μm的预置涂层，其表面的SEM照片如图2所示；

3)电子束熔覆改性：将步骤2)得到的预置涂层样件放置在真空电子束加工设备工作台上进行电子束熔覆改性工作，如图1所示，将预置涂层样件放置到距离电子枪300mm处；电子束熔覆改性工艺参数为：电子束功率为4.5KW，束斑直径为10mm，扫描波形频率为100Hz，扫描速度为5mm/s，扫描搭接区域宽度为2mm，得到铌钨合金的熔覆样品，其表面的SEM照片如图3所示，由图中可以看出，表面粗糙度显著降低。

实施例2

一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法，其多道搭接熔覆改性的具体步骤为：

1)基材的制备：以铌钨合金为基材，制成80×20×1mm的样件，然后经过打磨、抛光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序，使表面粗糙度达到6μm；

2)预置涂层：把硅化物粉末制成涂层料浆，然后涂覆在步骤1)中的基材表面，在真空烧结炉中进行烧结预置，真空烧结炉中的真空度为6×10^-2Pa，温度为1500℃，烧结2小时，得到预置涂层样件；硅化物由Si、Mo、W组成，其质量比为1∶1∶1；获得厚度为100μm的预置涂层；

3)电子束熔覆改性：将步骤2)得到的预置涂层样件放置在真空电子束加工设备工作台上进行电子束熔覆改性工作，如图1所示，将预置涂层样件放置到距离电子枪300mm处；电子束熔覆改性工艺参数为：电子束功率为5KW，束斑直径为10mm，扫描波形频率为100Hz，扫描速度为6mm/s，扫描搭接区域宽度为4mm；

4)重复进行步骤3)两次，得到铌钨合金的熔覆样品。

Claims (1)

1.一种用于高温预置涂层的电子束熔覆改性方法，其特征在于其具体步骤为：

1)基材的制备：以铌钨合金为基材，制成80×20×1mm的样件，然后经过打磨、抛光、去油、酸洗、清洗以及干燥工序；

2)预置涂层：把硅化物粉末制成涂层料浆，然后涂覆在步骤1)中的基材表面，在真空烧结炉中进行烧结预置，得到预置涂层样件；真空烧结炉中的真空度为1×10^-2～10×10^-2Pa，温度为1200～1800℃，烧结时间为1～12小时；

3)电子束熔覆改性：将步骤2)得到的预置涂层样件放置在真空电子束加工设备工作台上进行电子束熔覆改性工作，将预置涂层样件放置到距离电子枪100～300mm处；电子束熔覆改性工艺参数为：电子束功率为4.5～12.0KW，束斑直径为10～20mm，扫描波形频率为50～2000Hz，扫描速度为5～20mm/s，扫描搭接区域宽度为2～4mm。

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