CN104651668A - 一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法 - Google Patents
一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104651668A CN104651668A CN201310594973.8A CN201310594973A CN104651668A CN 104651668 A CN104651668 A CN 104651668A CN 201310594973 A CN201310594973 A CN 201310594973A CN 104651668 A CN104651668 A CN 104651668A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- niobium alloy
- coating
- resistant coating
- preparation
- oxidation resistant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
本发明涉及一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法，属于金属表面涂层材料及其制备技术领域。该涂层由Ni、Cr和铌合金组成，含有30-40wt.％的Cr，5-10wt.%的铌合金，其余为Ni。在铌合金表面先电镀Ni，然后电镀Cr，最后通过脉冲YAG激光进行表面合金化而获得与基体为完全冶金结合的Ni-Cr涂层。本发明可通过控制电镀Ni层、电镀Cr层的厚度及脉冲YAG激光表面合金化工艺灵活控制涂层成份及厚度，涂层中Cr含量30-40wt.%，具有优异的抗高温氧化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法，属于金属表面涂层材料及其制备技术领域。
背景技术
铌合金材料具有良好的高温强度、加工塑性，成为广泛应用于航空、航天、核工业等领域重要的高温结构材料，但由于铌合金的高温抗氧化性能较差，在600℃以上的空气中会发生剧烈氧化，严重制约了其应用。目前，提高铌合金高温抗氧化性能的主要途径有合金化和表面制备抗氧化涂层两种。合金化途径通过在铌基合金中添加Ti、Al、Cr、Si等元素，使合金能在高温应用时自生氧化物保护膜，从而提高其抗氧化性，该方法通常以牺牲强度和加工性能为代价；表面制备抗氧化涂层可以在保持铌合金高温性能的情况下达到抗氧化的目的，成为解决铌合金高温抗氧化保护的主要途径。
目前，所开发的铌合金表面涂层以硅化物为主，此外还有贵金属、Ni-Cr合金等，涂层制备技术主要包括料浆法、化学沉积、热喷涂及电镀等。例如，中国专利ZL200710192652.X公开了一种铌合金高温抗氧化硅化物涂层的制备方法，首先通过真空料浆烧结制备50-80μm厚的钼层（烧结温度1450～1550℃），然后在氩气保护下包渗硅化制备MoSi2涂层（包渗温度1200～1300℃）；专利申请201210237037.7公开了一种低密度铌合金高温抗氧化材料及其制备高温抗氧化涂层的方法，通过将含有Si、Ti、Mo等多种合金元素的涂层料浆涂敷于基材上，在温度1200～1350℃、真空度大于1×10-1Pa条件下熔烧10～30分钟，制得高温抗氧化涂层；中国专利ZL200710165074.0公开了一种高温抗氧化材料及涂层制备方法，通过将含有Al、MoSi2、Ni、Mo等组成的涂层料浆涂敷于基材上，在温度1350～1650℃、真空度大于1×10-1Pa条件下熔烧5～30分钟，形成50-140微米厚的高温抗氧化涂层；上述方法均需经过1200℃以上的高温处理，而铌合金在实际应用中，有时需要通过铜基、钯基等钎料实现与蓝宝石、不锈钢等材料的封接，且要求铌合金表面抗氧化涂层覆盖钎焊区（钎焊温度在1000℃左右），因此，要求涂层制备的温度不能超过1000℃，从而限制了上述硅化物涂层的应用，如空间热离子反应堆电源用热离子燃料元件。Ni-Cr合金表面在高温下能形成热力学稳定且致密的Cr2O3氧化膜，可用于600～1100℃下使用的高温抗氧化涂层，Ni-Cr合金涂层的制备方法主要有电镀及热喷涂，涂层存在较多孔隙，为氧原子的扩散提供了通道，影响了涂层的抗氧化性能，同时涂层与基体的结合力较差，涂层易剥落；贵金属涂层的熔点较低，涂层使用温度低且成本很高，在实际应用中亦受到限制。
综上所述，在铌合金材料表面研发处理温度低、与基体结合牢固、具有良好抗氧化性能的涂层及其制备技术十分必要。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层，该涂层中Cr含量为30-40wt.%，具有优异的抗高温氧化性能。
一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层，该涂层由Ni、Cr和铌合金基体组成，其中，含有30-40wt.％的Cr，5-10wt.%的铌合金基体成份，其余为Ni。
所述的铌合金为C-103、Cb752、Nb-1Zr等牌号的铌合金。
铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层由电镀Ni层、电镀Cr层及铌合金基体表面薄层在脉冲激光瞬时作用下同时熔化和快速凝固而形成，涂层组织致密、含有高的Cr含量（30-40wt.%），赋予了涂层优异的抗高温氧化性能。
本发明的另一目的是提供上述铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，该涂层通过在铌合金表面先电镀Ni，然后电镀Cr，最后通过脉冲YAG激光进行表面合金化而获得，所制备涂层与基体为完全冶金结合。
一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，包括如下步骤：首先在铌合金（零件）表面电镀Ni，然后电镀Cr，最后通过脉冲YAG激光进行表面合金化。所制备涂层与基体为完全冶金结合，涂层中Cr含量30-40wt.%，具有优异的抗高温氧化性能。
上述在铌合金表面电镀Ni，然后电镀Cr的过程为：先在铌合金（零件）表面用丙酮除油、铌合金零件酸洗（酸洗工艺参照QJ2910-97标准），然后进行电镀Ni、电镀Cr，电镀Ni层的厚度在10～100μm，电镀Cr层的厚度在8～85μm。
上述脉冲YAG激光表面合金化的工艺过程为：采用脉冲YAG激光对铌合金（零件）表面进行合金化，实现电镀Ni层、电镀Cr层的合金化及与基体合金的冶金结合。脉冲YAG激光表面合金化的工艺参数为：脉冲电流160-280A，脉宽2.5-3.5ms，频率6-10Hz，激光表面合金化线速度2-3mm/s，合金化道间距1.0mm。
本发明的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法中，激光表面合金化的轨迹根据零件的形状及涂层区域通过计算机控制运动系统来实现。
本发明可通过控制电镀Ni层、电镀Cr层的厚度及脉冲YAG激光表面合金化工艺灵活控制涂层成份及厚度。所得到的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层成份为：含30-40wt.％的Cr、5-10wt.%的基体成份、其余为Ni。所述的铌合金为C-103、Cb752、Nb-1Zr等牌号的铌合金。
激光表面合金化选择采用脉冲YAG激光，避免了连续激光作用下容易导致基体温度升高过快和基体对涂层稀释率过高的问题，根据电镀Ni、电镀Cr层的厚度，合理选择脉冲YAG激光的电流、脉宽及频率，可在保证涂层与基体完全冶金结合的同时，实现对涂层稀释率的有效控制，以保证涂层具有优异的抗高温氧化性能。
综上所述，本发明的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法中，涂层中Cr的质量分数为30～40%，涂层中Cr的含量及涂层厚度通过铌合金表面电镀Ni层、电镀Cr层的厚度及脉冲YAG激光表面合金化工艺来控制。本发明所制备的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层是电镀Ni层、电镀Cr层及基体表面薄层在脉冲激光瞬时作用下同时熔化和快速凝固而形成，在实现涂层与基体完全冶金结合的同时完成了涂层的合金化过程，涂层组织致密、含有高的Cr含量，赋予了涂层优异的抗高温氧化性能。
本发明针对某些应用场合对铌合金抗氧化涂层处理温度的限制及涂层抗氧化性不足的问题，采用对铌合金表面电镀Ni、电镀Cr，然后进行脉冲YAG表面合金化，在铌合金表面制备与基体完全冶金结合、组织致密、高Cr含量的Ni-Cr合金化涂层，涂层具有优异的抗高温氧化性能。
下面通过附图和实施例对本发明进行详细说明。应该理解的是，所述的实施例仅仅涉及本发明的优选实施方案，在不脱离本发明的精神和范围情况下，涂层成分及厚度的变化和改进都是可能的。
附图说明
图1-1为本发明实施例1在Nb-1Zr合金表面制备Ni-35Cr-10Nb涂层的截面金相组织，图1-2为其SEM组织图。
具体实施方式
实施例1：Nb-Zr合金棒表面制备Ni-35Cr-10Nb涂层
准备一根100mm长、直径10mm的Nb-1Zr合金棒，经用丙酮除油、表面清洗、酸洗（酸洗工艺参照QJ2910-97标准）后进行电镀Ni，电镀Ni层厚度约10μm，随后电镀Cr约8μm，将镀后的铌合金棒清洗吹干后，置于激光表面合金化处理工作台上，经试验，选用脉冲电流160A，脉宽2.5ms，频率8Hz，激光表面合金化线速度2.5mm/s，合金化道间距1.0mm，处理后将样品沿合金棒周向切开，经镶样、抛光、腐蚀后置于Axiovert200MAT光学显微镜下进行观察，涂层截面组织如图1-1所示，涂层组织均匀、致密，与基体结合良好，涂层厚度约20μm。采用JSM-7001F扫描电镜观察界面的结合情况如图1-2所示，可以看到，涂层与基体为完全的冶金结合，利用仪器自带的能谱仪对涂层截面进行成份分析，涂层的成份为Ni-34.5Cr-10Nb，涂层中高的Cr含量及良好的界面结合和涂层致密性，保证了涂层良好的高温抗氧化性能。
实施例2：C-103合金管表面制备Ni-40Cr-5Nb涂层
准备一根外经30mm、壁厚3mm、长100mm的C-103合金(Nb-10Hf-Ti)管，经表面清洗、酸洗后进行外表面电镀Ni，电镀Ni层厚度约90μm，随后电镀Cr约85μm，将镀后的铌合金棒清洗吹干后，置于激光表面合金化处理工作台上，经试验，选用脉冲电流280A，脉宽3.0ms，频率6Hz，激光表面合金化线速度2mm/s，合金化道间距1.0mm，制备出厚度约180μm、涂层成份接近Ni-40Cr-5Nb的涂层，涂层组织均匀、致密，与基体结合良好，涂层中高的Cr含量及良好的界面结合和涂层致密性，保证了涂层良好的高温抗氧化性能。
实施例3：Cb752合金板表面制备Ni-30Cr-5Nb涂层
准备尺寸为50mm×50mm×5mm的Cb752合金(Nb-10W-2.5Zr)板，经表面清洗、酸洗后进行外表面电镀Ni，电镀Ni层厚度约100μm，随后电镀Cr约60μm，将镀后的铌合金棒清洗吹干后，置于激光表面合金化处理工作台上，经试验，选用脉冲电流260A，脉宽3.5ms，频率10Hz，激光表面合金化线速度3.0mm/s，合金化道间距1.0mm，制备出厚度约170μm、涂层成份接近Ni-30Cr-8Nb的涂层，涂层组织均匀、致密，与基体结合良好，涂层中高的Cr含量及良好的界面结合和涂层致密性，保证了涂层良好的高温抗氧化性能。
Claims (8)
1.一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层，其特征在于：该涂层由Ni、Cr和铌合金组成，含有30-40wt.％的Cr，5-10wt.%的铌合金，其余为Ni。
2.根据权利要求1所述的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层，其特征在于：所述的铌合金为C-103、Cb752或Nb-1Zr铌合金。
3.根据权利要求2所述的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层，其特征在于：所述的涂层由电镀Ni层、电镀Cr层及铌合金基体表面薄层在脉冲激光瞬时作用下同时熔化和快速凝固而形成。
4.一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，包括如下步骤：首先在铌合金表面电镀Ni，然后电镀Cr，最后通过脉冲YAG激光进行表面合金化。
5.根据权利要求4所述的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：先在铌合金表面用丙酮除油、酸洗，然后进行电镀Ni和电镀Cr。
6.根据权利要求5所述的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：所述的电镀Ni层的厚度为10～100μm，电镀Cr层的厚度为8～85μm。
7.根据权利要求4所述的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：采用脉冲YAG激光对铌合金表面进行合金化，使电镀Ni层、电镀Cr层合金化及与基体合金冶金结合。
8.根据权利要求7所述的铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层的制备方法，其特征在于：所述的脉冲YAG激光进行表面合金化的工艺参数为：脉冲电流160-280A，脉宽2.5-3.5ms，频率6-10Hz，激光表面合金化线速度2-3mm/s，合金化道间距1.0mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310594973.8A CN104651668A (zh) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | 一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310594973.8A CN104651668A (zh) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | 一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104651668A true CN104651668A (zh) | 2015-05-27 |
Family
ID=53243304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310594973.8A Pending CN104651668A (zh) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | 一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104651668A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107739814A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-27 | 天津华德宝航翼光电科技有限公司 | 一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法 |
| CN108779568A (zh) * | 2016-03-11 | 2018-11-09 | 应用材料公司 | 在半导体处理设备上电化学生长三氧化二钇或氧化钇的方法 |
| CN115198270A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-10-18 | 广东羚光新材料股份有限公司 | 耐高温镍基熔射复合网及其制备方法和应用 |
-
2013
- 2013-11-21 CN CN201310594973.8A patent/CN104651668A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108779568A (zh) * | 2016-03-11 | 2018-11-09 | 应用材料公司 | 在半导体处理设备上电化学生长三氧化二钇或氧化钇的方法 |
| CN108779568B (zh) * | 2016-03-11 | 2021-06-01 | 应用材料公司 | 在半导体处理设备上以电化学方式形成氧化钇的方法 |
| CN107739814A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-27 | 天津华德宝航翼光电科技有限公司 | 一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法 |
| CN115198270A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-10-18 | 广东羚光新材料股份有限公司 | 耐高温镍基熔射复合网及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jian et al. | Oxidation kinetics and phase evolution of a Fe–16Cr alloy in simulated SOFC cathode atmosphere | |
| Zhang et al. | Honeycomb-like nanocomposite Ti-Ag-N films prepared by pulsed bias arc ion plating on titanium as bipolar plates for unitized regenerative fuel cells | |
| CN109207952B (zh) | 采用高通量技术制备梯度Nb-Si基合金薄膜的方法 | |
| Aktaa et al. | Manufacturing and joining technologies for helium cooled divertors | |
| Wang et al. | Brazing YSZ ceramics by a novel SiO2 nanoparticles modified Ag filler | |
| CN104711457B (zh) | 一种高温焊料及其应用 | |
| CN104651668A (zh) | 一种铌合金表面Ni-Cr抗氧化涂层及其制备方法 | |
| CN106181000A (zh) | 一种钨合金与钼合金的连接方法 | |
| Chao et al. | Interfacial characterization of nickel–yttria-stabilized zirconia cermet anode/interconnect joints with Ag–Pd–Ga active filler for use in solid-oxide fuel cells | |
| CN105132844A (zh) | 一种改善Nb-Si基多元合金高温抗氧化性的方法 | |
| Gupta et al. | Electrochemical performance of plasma sprayed metal supported planar solid oxide fuel cells | |
| Chakraborty | Development of protective coating of MoSi2 over TZM alloy substrate by slurry coating technique | |
| Li et al. | Microstructure and mechanical performance of dissimilar material joints of 2024Al and SiO2 glass by ultrasonic assisted soldering with Cu interlayer | |
| Tillmann et al. | Mechanical behavior of reactive air brazed (RAB) Crofer 22 APU-Al 2 O 3 joints at ambient temperature | |
| Yu et al. | Rapid formation of full intermetallic bondlines for die attachment in high-temperature power devices based on micro-sized Sn-coated Ag particles | |
| CN106588125A (zh) | 一种c/c复合材料梯度抗氧化涂层的制备方法 | |
| CN106435566A (zh) | 一种铌合金表面激光多道熔覆复合陶瓷梯度涂层的方法 | |
| Cao et al. | A low-temperature sealing method for metal-supported oxide fuel cell applications: Ni–Sn transient liquid phase bonding | |
| CN110607494B (zh) | 一种钛合金表面等离子喷涂-电子束熔覆改性的抗高温氧化涂层 | |
| Wang et al. | Low-temperature copper bonding strategy via hierarchical microscale taper array fabricated by femtosecond laser | |
| CN106946584B (zh) | 陶瓷或陶瓷基复合材料与金属之间低温快速焊接的方法 | |
| Gorji et al. | Development of composite silver/nickel nanopastes for low temperature joining of yttria-stabilized zirconia to stainless steels | |
| Foroutan et al. | Alumina–copper joining by the sintered metal powder process | |
| Huang et al. | Evolution of interfacial structure of the joints between a tungsten-copper composite and austenitic stainless steel | |
| Xu et al. | Study of laser cladding Fe–Co duplex coating on copper substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150527 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |