CN102061468A

CN102061468A - 高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法

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Publication number: CN102061468A
Application number: CN 201110024938
Authority: CN
Inventors: 周小军; 赵刚; 王秋迎; 赵兵; 李桂鹏; 赵红运; 同磊; 王莉; 王立斐
Original assignee: Ningxia Orient Tantalum Industry Co Ltd
Current assignee: Ningxia Orient Tantalum Industry Co Ltd
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2031-01-24
Also published as: CN102061468B

Abstract

本发明涉及目前常用于航空航天、武器装备、原子能及化工工业领域中的耐高温难熔材料，尤其是高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法。其特点是，组分为：Ta为1.5-4.8Wt％，W为5.2-8.7Wt％，Cr为11.2-15.4Wt％，Ni为2.3-5.7Wt％，B为1.3-1.6Wt％，NaF为0.4-0.8Wt％，Y为1.1-2.3％Wt％；余量为Si。本发明公开了高温抗氧化材料及由其制备的高温抗氧化涂层，这种涂层加制在钽钨合金表面后，涂层可以保护钽钨合金基体不受高温腐蚀或减缓腐蚀速率，又不会改变合金基体成分，可以最大程度的保留合金高温力学性能，且涂层的寿命长，使用温度高。

Description

高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法

技术领域

本发明涉及目前常用于航空航天、武器装备、原子能及化工工业领域中的耐高温难熔材料，尤其是高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法。

背景技术

钽钨合金具有很高的高温强度、良好的延展性、可焊性和优良的耐腐蚀性能，适用于高温、高压、耐腐蚀等工作环境，广泛应用在化工、航空航天、原子能工业和高温技术等方面，是一种很重要的工程、功能材料。钽钨合金虽具有优异的高温力学性能，但在大气下的高温抗氧化性能则相对较差，在300℃时钽钨合金就会氧化，温度越高，氧化越剧烈，直至完全“粉化”破坏。由于高温氧化严重，钽钨合金在高温环境下的使用被局限于高真空条件。这一缺点严重制约了钽钨合金的应用范围。

高温合金一般要求必须同时具备两方面的性能要求，即优异的高温力学性能和抗高温腐蚀性能。但同一种合金在这两方面的性能之间有时是相互矛盾的，不可能同时达到最优化。目前提高钽钨合金在大气下高温抗氧化能力的主要途径是合金化保护。合金化的方法可以改善合金的抗氧化性能，但合金化的元素必须超过一定量的临界值才能对基体起到保护作用，这样一来势必影响合金其他性能，特别是造成基体高温机械性能的下降。可见合金化的方法有其自身的局限性。

在国内，对钽钨合金高温抗氧化涂层用真空包渗法做过探索性实验(见《稀有金属材料与工程》1974年03期)，在1800～1900℃下对合金具有几分钟保护能力，这种高温抗氧化涂层在高温下只有几分钟保护能力，不能满足长时间长寿命的应用条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在高温环境中与钽钨合金配合使用，具有高温抗氧化、抗腐蚀、抗冲刷等性能，能够广泛应用在航空航天、武器装备、原子能及化工工业领域中的高温结构部件上的高温抗氧化材料；

本发明的另一目的是提供一种由上述高温抗氧化材料制备高温抗氧化涂层的方法。

一种高温抗氧化材料，其特别之处在于，组分为：Ta为1.5-4.8Wt％，W为5.2-8.7Wt％，Cr为11.2-15.4Wt％，Ni为2.3-5.7Wt％，B为1.3-1.6Wt％，NaF为0.4-0.8Wt％，Y为1.1-2.3％Wt％；余量为Si。

组分为：Ta为1.5-4.8Wt％，W为5.2-8.7Wt％，Cr为11.2-15.4Wt％，Ni为2.3-5.7Wt％，B为1.3-1.6Wt％，NaF为0.4-0.8Wt％，Y为1.1-2.3％Wt％；以及下列组分中的至少一种，S为0.23～0.42Wt％，Ge为1.7～2.0Wt％，Ti为2.6-2.9Wt％，Al₂O₃为2.3-3.1Wt％，Nb为1.6～2.2Wt％；余量为Si。

组分为：Ta为2.9Wt％，W为7.0Wt％，Cr为15.2Wt％，Ni为2.4Wt％，B为1.5Wt％；NaF为0.6Wt％，Y为2.3％Wt％；S为0.42Wt％，Ge为1.8Wt％，Ti为2.7Wt％，Al₂O₃为3.0Wt％，Nb为2.1Wt％；余量为Si。

一种制备高温抗氧化涂层的方法，其特别之处在于，包括如下步骤：取权利要求1至3所述任意一种高温抗氧化材料混合制成粒度为350至550目的粉末放入容器中，使用该粉末体积2.5～5倍的乙醇或纯水作载体，再加该粉末质量1～3％的钾盐或钠盐后均匀混合，另加该粉末质量0.2～0.4％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆，然后将该料浆涂敷在基材上，在温度1300～1550℃，真空大于1.0×10^-1Pa条件下进行熔烧，保温10～30分钟，即可形成高温抗氧化涂层。

其中钾盐或钠盐是氯化钠、氯化钾、氟化钾或氟化钠。

其中基材是钽钨合金基材，涂层厚度控制在60～120微米。

本发明公开了高温抗氧化材料，以及由其制备的高温抗氧化耐腐蚀涂层，这种涂层加制在钽钨合金表面后，涂层可以保护钽钨合金基体不受高温腐蚀或减缓腐蚀速率，又不会改变合金基体成分，可以最大程度的保留合金的高温力学性能，且涂层的寿命长，使用温度高。钽钨合金加制该涂层后可在1800～1900℃的高温下使用，且寿命长，钽钨合金涂层比铌钨合金涂层使用温度提高200～300℃，可广泛应用于各种高温部件上。

附图说明

附图1为本发明方法制备的涂层典型断面形貌(探针分析涂层截面形貌×800)；

附图2为实施例1的涂层表面形貌(金相分析涂层表面形貌×100)；

附图3为实施例1的涂层断面形貌(探针分析涂层截面形貌×200)。

具体实施方式

实施例1

高温抗氧化材料，按重量百分比含有下列组分：

Ta：2.9Wt％，W：7.0Wt％，Cr：15.2Wt％，Ni：2.4Wt％，B：1.5Wt％；NaF：0.6Wt％，Y：2.3％Wt％；S：0.42Wt％，Ge：1.8Wt％，Ti：2.7Wt％，Al₂O₃：3.0Wt％，Nb：2.1Wt％；余量为Si。

将上述所列组分制成粒度为450目的粉末并放入容器中，使用前述粉末体积3.8倍的无水乙醇作载体，加前述粉末质量2.0％的氯化钠后均匀混合，另加占前述粉末总质量0.3％的聚乙二醇作为粘结剂，跟涂层粉料混合在一起进行研磨，使得涂层粉料混合均匀。将配置好的涂层料浆涂敷在钽钨合金零件上，涂层厚度控制在90微米，然后在温度1500℃，真空大于1×10^-1Pa条件下进行熔烧，保温25分钟，最后制得涂层产品。将制得的涂层产品性能进行检测：

1、对涂层表面观察并做金相分析，熔烧后的涂层呈现光亮的银色，表面金相分析表明，涂层晶粒均匀，呈蜂窝状结构。具体见附图2；

2、通过对涂层断面做探针分析，该涂层有明显的分层现象，具体见附图3；

3、涂层寿命性能检测

在空气中进行1800℃、1900℃、2000℃静态连续测试，1800℃-室温、1900℃-室温热震性能测试(进行热震测试时，升温至1800℃或1900℃和降温过程中均设为25秒)。具体性能见下表1

表1涂层性能寿命检测

实施例2

取下列组分的复合材料

Ta为1.5Wt％，W为5.2Wt％，Cr为11.2Wt％，Ni为2.3Wt％，B为1.3Wt％，NaF为0.4Wt％，Y为1.1％Wt％，余量为Si。

将上述复合材料制成粒度350目的粉末并放入容器中，使用前述粉末体积2.5倍的无水乙醇作载体，加前述粉末质量1.0％的氯化钾后均匀混合，另加前述粉末质量0.2％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆，然后将该涂层料浆涂覆在钽钨合金基材上，涂层厚度控制在60微米，在温度1300℃，真空大于1×10^-1Pa条件下进行熔烧，保温10分钟，即可形成高温抗氧化涂层。

实施例3

取下列组分的复合材料

Ta为4.8Wt％，W为8.7Wt％，Cr为15.4Wt％，Ni为5.7Wt％，B为1.6Wt％，NaF为0.8Wt％，Y为2.3％Wt％，余量为Si。

将上述复合材料制成粒度550目的粉末并放入容器中，使用前述粉末体积5倍的无水乙醇作载体，加前述粉末质量3.0％的氯化钠后均匀混合，另加前述粉末质量0.4％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆，然后将该涂层料浆涂覆在钽钨合金基材上，涂层厚度控制在120微米，在温度1550℃，真空大于1×10^-1Pa条件下进行熔烧，保温30分钟，即可形成高温抗氧化涂层。

实施例4

取下列组分的复合材料

Ta为3Wt％，W为6.5Wt％，Cr为13.3Wt％，Ni为3.8Wt％，B为1.5Wt％，NaF为0.6Wt％，Y为1.8％Wt％，余量为Si。

将上述复合材料制成粒度450目的粉末并放入容器中，使用前述粉末体积3.8倍的纯水作载体，加前述粉末质量2.0％的氟化钾后均匀混合，另加前述粉末质量0.3％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆，然后将该涂层料浆涂覆在钽钨合金基材上，涂层厚度控制在90微米，在温度1500℃，真空大于1×10^-1Pa条件下进行熔烧，保温25分钟，即可形成高温抗氧化涂层。

实施例5

取下列组分的复合材料

Ta为3Wt％，W为6.5Wt％，Cr为13.3Wt％，Ni为3.8Wt％，B为1.5Wt％，NaF为0.6Wt％，Y为1.8％Wt％，S为0.3％Wt％，Ti为2.7Wt％，Nb为1.9Wt％，余量为Si。

实施例6

取下列组分的复合材料

Ta为3Wt％，W为6.5Wt％，Cr为13.3Wt％，Ni为3.8Wt％，B为1.5Wt％，NaF为0.6Wt％，Y为1.8％Wt％，Ge为1.8Wt％，Al₂O₃2.9为2.7Wt％，Nb为2Wt％，余量为Si。

Claims

1.一种高温抗氧化材料，其特征在于，组分为：Ta为1.5-4.8Wt％，W为5.2-8.7Wt％，Cr为11.2-15.4Wt％，Ni为2.3-5.7Wt％，B为1.3-1.6Wt％，NaF为0.4-0.8Wt％，Y为1.1-2.3％Wt％；余量为Si。

2.一种高温抗氧化材料，其特征在于，组分为：Ta为1.5-4.8Wt％，W为5.2-8.7Wt％，Cr为11.2-15.4Wt％，Ni为2.3-5.7Wt％，B为1.3-1.6Wt％，NaF为0.4-0.8Wt％，Y为1.1-2.3％Wt％；以及下列组分中的至少一种，S为0.23～0.42Wt％，Ge为1.7～2.0Wt％，Ti为2.6-2.9Wt％，Al₂O₃为2.3-3.1Wt％，Nb为1.6～2.2Wt％；余量为Si。

3.如权利要求2所述的高温抗氧化材料，其特征在于，组分为：Ta为2.9Wt％，W为7.0Wt％，Cr为15.2Wt％，Ni为2.4Wt％，B为1.5Wt％；NaF为0.6Wt％，Y为2.3％Wt％；S为0.42Wt％，Ge为1.8Wt％，Ti为2.7Wt％，Al₂O₃为3.0Wt％，Nb为2.1Wt％；余量为Si。

4.一种制备高温抗氧化涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：取权利要求1至3所述任意一种高温抗氧化材料混合制成粒度为350至550目的粉末放入容器中，使用该粉末体积2.5～5倍的乙醇或纯水作载体，再加该粉末质量1～3％的钾盐或钠盐后均匀混合，另加该粉末质量0.2～0.4％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆，然后将该料浆涂敷在基材上，在温度1300～1550℃，真空大于1.0×10^-1Pa条件下进行熔烧，保温10～30分钟，即可形成高温抗氧化涂层。

5.如权利要求4所述的制备高温抗氧化涂层的方法，其特征在于：其中钾盐或钠盐是氯化钠、氯化钾、氟化钾或氟化钠。

6.如权利要求4所述的制备高温抗氧化涂层的方法，其特征在于：其中基材是钽钨合金基材，涂层厚度控制在60～120微米。