CN104498941A - 钼及钼合金用高温抗氧化涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层及其制备方法。其特点是，组成为：Al为15～20Wt％，Ni为3～5Wt％，W为2～3Wt％，MoSi2为1.5～3Wt％，Cr为0.5～0.8Wt％，余量为Si。本发明提供了一种在钼及其合金表面使用的高温抗氧化涂层材料，以及由其制备高温抗氧化涂层的方法，该涂层可以有效提高钼及钼合金的高温抗氧化性能，解决了钼及其合金在600℃以上大气环境中剧烈氧化问题，减少钼及其氧化物对环境的污染，延长钼及其合金制品的使用寿命，达到节约资源，降低成本、减少污染的效果。

Description

钼及钼合金用高温抗氧化涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层及其制备方法。
背景技术
金属钼及其合金具有高强度、高熔点、耐腐蚀以及耐磨损等优点，被用于制造军舰、坦克、枪炮、火箭、卫星的合金构件和零部件。此外金属钼及其合金还常被用来制造高温炉的发热体和结构材料，如在玻璃和耐火纤维工业用作熔炉的电极及玻璃熔化高温结构材料，在稀土工业中用作电极及冶炼用搅拌棒等。
虽然金属钼及其合金是很好的制备高温炉发热体和结构件的材料，但在空气中600℃以上时就会剧烈氧化，随着温度的升高，其制品的强度下降，损耗加剧，使用性能受到影响，这严重制约了钼及其合金的应用。目前国内外对金属及合金的抗氧化防护方法进行了大量的研究，结果表明提高金属及合金的高温抗氧化性的主要途径有合金化保护和表面涂层保护。合金化通常是以损失强度和加工性能为代价，而加涂层对合金的力学性能影响很小，并能显著提高抗氧化性，实验证明是切实可行的途径。
在实际使用中，为了确保钼及其合金在高温下使用，并延长使用寿命，节约资源，降低成本，减少污染的目的，必须对其进行高温抗氧化防护。因此，研制与之相配套的高温抗氧化涂层至关重要。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层，能够有效提高钼及钼合金的高温抗氧化性能，解决了钼及其合金在600℃以上大气环境中剧烈氧化问题。
一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层，其特别之处在于，组成为：Al为15～20Wt％，Ni为3～5Wt％，W为2～3Wt％，MoSi2为1.5～3Wt％，Cr为0.5～0.8Wt％，余量为Si。
一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层，其特别之处在于，组成为：Al为15～20Wt％，Ni为3～5Wt％，W为2～3Wt％，MoSi2为1.5～3Wt％，Cr为0.5～0.8Wt％；以及下列组分中的至少一种：
Y为0.8～1.6Wt％，S为1.0～1.5Wt％，Ta为0.3～0.6Wt％，B为0.25～0.40Wt％，Ge为1.5～3.5Wt％；
余量为Si。
进一步的，组成为：Al为15Wt％，Ni为3.5Wt％，W为2.5Wt％，MoSi2为2Wt％，Cr为0.6Wt％；
以及下列组分中的至少一种：
Y为1.3Wt％，S为1.2Wt％，Ta为0.5Wt％，B为0.30Wt％，Ge为2.5Wt％；
余量为Si。
一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
(1)按照权利要求1或2中记载的原料配比，将所有成分混合后粉碎成粒度为250至600目的粉末并放入容器；
(2)加入占得到的粉末总体积4～8倍的乙醇或纯水作载体，再加入占粉末总质量1.0～2.0％的钾盐或钠盐后均匀混合，再加入占粉末总质量0.12～0.38％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆；
(3)将得到的涂层料浆在球磨机中进行均匀化；
(4)将得到的涂层料浆涂敷在钼或钼合金基材上，在温度1100℃～1400℃，真空条件下进行熔烧，保温15～35分钟，即可形成高温抗氧化涂层。
步骤(4)中熔烧后的涂层厚度控制在60～140微米。
步骤(3)中在球磨机中进行均匀化具体是指控制工艺参数100～300r/min，研磨1h～3h。
步骤(2)中的钾盐或钠盐是指氯化钠或氯化钾。
步骤(4)中真空是指大于等于1.0×10-1Pa。
本发明提供了一种在钼及其合金表面使用的高温抗氧化涂层(材料)，以及由其制备高温抗氧化涂层的方法，该涂层可以有效提高钼及钼合金的高温抗氧化性能，解决了钼及其合金在600℃以上大气环境中剧烈氧化问题，减少钼及其氧化物对环境的污染，延长钼及其合金制品的使用寿命，达到节约资源，降低成本、减少污染的效果。本发明提高了涂层的抗氧化性能，经试验证明，1300℃抗氧化时间350h，1500℃抗氧化时间280h，1600℃抗氧化时间190h，1400℃抗热震性能可以达到5000次，1500℃抗热震性能可以达到4000次，本发明采用料浆浸涂法，可以涂制异型件及任何尺寸的工艺件。
附图说明
附图1为本发明实施例1的高温抗氧化涂层表面微观形貌图；
附图2为本发明实施例1的高温抗氧化涂层截面微观形貌图。
具体实施方式
本发明的高温抗氧化材料制备的涂层具有以下特征：
1)涂层具有良好的高温抗氧化性：在高温(1300℃、1500℃、1600℃)静态下的寿命较长，主要测试项目为空气中静态、热震寿命。
2)涂层表面均匀，微观结构致密，表面及截面如图1和图2所示；涂层与基体之间通过扩散形成过渡层，达到了冶金结合；在氧化环境下，涂层表面生成一层玻璃层保护基体。
3)涂层主要成分为含Si、Al等不同元素组成的金属间化合物，这种涂层在高温抗氧化环境下表面生成半玻璃体，阻挡了氧的侵蚀，且具有很强的缺陷自愈能力。
4)涂层后的钼及其合金高温下的抗氧化性优良，延长了其使用寿命。
实施例1：
高温抗氧化材料，按重量百分比含有下列组分：
Al：18Wt％，Ni：4Wt％，W：2.5Wt％，MoSi2：2Wt％，Cr：0.6Wt％，Y：1.0Wt％，B：0.30Wt％，Ge：1.6Wt％，余量为Si。
将上述所列组分制成粒度为300目的粉末并一起放入容器中，使用前述粉末体积5倍的无水乙醇作载体，再加前述粉末质量1.5％的氯化钠后均匀混合，最后另加占前述粉末总质量0.30％的聚乙二醇作为粘结剂，跟涂层粉料混合在一起，以150r/min的工艺用全方位行星式球磨机研磨2h制得涂层料浆。
将涂层料浆涂敷在钼或钼合金基材上，然后在温度1180℃，真空1×10－1Pa条件下进行熔烧，保温15分钟，最后制得涂层产品，烧结后的涂层厚度控制在90～100微米。
将制得的涂层产品的性能进行检测。
1、对涂层表面观察并做金相分析，熔烧后的涂层呈现银灰色，表面金相分析表明，涂层晶粒均匀，结构致密。
2、通过对涂层断面做探针分析，该涂层结构分布均匀且在合金表面有渗透层，与合金之间形成冶金结合。
3、涂层寿命性能检测
在空气中进行1300℃、1500℃、1600℃静态连续测试，1400℃-室温、1500℃-室温热震性能测试。具体性能见下表1。
表1、涂层性能寿命检测
实施例2：
高温抗氧化材料，按重量百分比含有下列组分：
Al为16Wt％，Ni为3.5Wt％，Cr为0.7Wt％，MoSi2为2.6Wt％，S为1.0Wt％，Y为1.2Wt％，W为2.5Wt％，余量为Si。
将上述所列组分制成粒度为350目的粉末并放入容器中，使用前述粉末体积4.5倍的无水乙醇作载体，再加前述粉末质量1.2％的氯化钠后均匀混合，最后另加占前述粉末总质量0.20％的聚乙二醇作为粘结剂，跟涂层粉料混合在一起，用行星式球磨机以120r/min的工艺进行研磨2.5h制得料浆。将涂层料浆涂敷在钼或钼合金基材上，然后在温度1250℃，真空1×10－1Pa条件下进行熔烧，保温23分钟，最后制得涂层产品，涂层厚度控制在100～110微米。
实施例3：
取下列组分的混合材料：
Ni为4.2Wt％，Cr为0.7Wt％，Al为18Wt％，W为2.8Wt％，MoSi2为2.8Wt％，Ge为3.0Wt％，Ta为0.5Wt％，余量为Si。
将上述所列组分制成粒度为500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，再加前述粉末质量1.8％的氯化钠后均匀混合，最后另加占前述粉末总质量0.35％的聚乙二醇作为粘结剂，跟涂层粉料混合在一起用全方位行星式球磨机以200r/min的工艺进行研磨1.5h制得料浆。将涂层料浆涂敷在钼和钼合金基材上，涂层厚度控制在80～90微米，然后在温度1200℃，真空1×10－1Pa条件下进行熔烧，保温30分钟，最后制得涂层产品。
实施例4：
取下列组分的混合材料：
Al为15Wt％，Ta为0.5Wt％，W为2.3Wt％，Cr为0.6Wt％，B为0.30％，Ge为1.5Wt％，MoSi2为2.2Wt％，Ni为3.6Wt％，Y为1.0Wt％，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4倍的纯水作载体，再加前述粉末质量1.4％的氯化钠后均匀混合，最后另加占前述粉末总质量0.18％的聚乙二醇作为粘结剂，跟涂层粉料混合在一起用全方位行星式球磨机以250r/min的工艺进行研磨1h制得料浆。将涂层料浆涂敷在钼和钼合金基材上，涂层厚度控制在70～80微米，然后在温度1180℃，真空1×10－1Pa条件下进行熔烧，保温30分钟，最后制得涂层产品。
本发明采用料浆浸涂法，可以涂制各种异型件和任何尺寸的工艺件，解决了由于一些工艺件无法进行涂层，而不能进行高温抗氧化防护的局限。
本发明采用的涂层材料与钼及其合金热胀系数相匹配性和相容性好，对钼及其合金具有很好的高温抗氧化防护效果，1300℃抗氧化时间可达350h，1500℃抗氧化时间可达280h，1600℃抗氧化时间可达190h，1400℃抗热震性能可以达到5000次，1500℃抗热震性能可以达到4000次，可以更好的保证钼及其合金在高温下的使用。

Claims (8)

1.一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层，其特征在于，组成为：Al为15～20Wt％，Ni为3～5Wt％，W为2～3Wt％，MoSi2为1.5～3Wt％，Cr为0.5～0.8Wt％，余量为Si。
2.一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层，其特征在于，组成为：Al为15～20Wt％，Ni为3～5Wt％，W为2～3Wt％，MoSi2为1.5～3Wt％，Cr为0.5～0.8Wt％；以及下列组分中的至少一种：
Y为0.8～1.6Wt％，S为1.0～1.5Wt％，Ta为0.3～0.6Wt％，B为0.25～0.40Wt％，Ge为1.5～3.5Wt％；
余量为Si。
3.如权利要求2所述的一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层，其特征在于，组成为：Al为15Wt％，Ni为3.5Wt％，W为2.5Wt％，MoSi2为2Wt％，Cr为0.6Wt％；
以及下列组分中的至少一种：
Y为1.3Wt％，S为1.2Wt％，Ta为0.5Wt％，B为0.30Wt％，Ge为2.5Wt％；
余量为Si。
4.一种钼及钼合金用高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照权利要求1或2中记载的原料配比，将所有成分混合后粉碎成粒度为250至600目的粉末并放入容器；
(2)加入占得到的粉末总体积4～8倍的乙醇或纯水作载体，再加入占粉末总质量1.0～2.0％的钾盐或钠盐后均匀混合，再加入占粉末总质量0.12～0.38％的聚乙二醇后再次均匀混合，制得涂层料浆；
(3)将得到的涂层料浆在球磨机中进行均匀化；
(4)将得到的涂层料浆涂敷在钼或钼合金基材上，在温度1100℃～1400℃，真空条件下进行熔烧，保温15～35分钟，即可形成高温抗氧化涂层。
5.如权利要求4所述的钼及钼合金用高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：步骤(4)中熔烧后的涂层厚度控制在60～140微米。
6.如权利要求4所述的钼及钼合金用高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中在球磨机中进行均匀化具体是指控制工艺参数100～300r/min，研磨1h～3h。
7.如权利要求4所述的钼及钼合金用高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的钾盐或钠盐是指氯化钠或氯化钾。
8.如权利要求4所述的钼及钼合金用高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：步骤(4)中真空是指大于等于1.0×10-1Pa。
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