CN106756999B - 一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法 - Google Patents

一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106756999B
CN106756999B CN201611126526.XA CN201611126526A CN106756999B CN 106756999 B CN106756999 B CN 106756999B CN 201611126526 A CN201611126526 A CN 201611126526A CN 106756999 B CN106756999 B CN 106756999B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
silicide
refractory metal
silicide coating
coating
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.)
Active
Application number
CN201611126526.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106756999A (zh
Inventor
汪欣
杜继红
李争显
李晴宇
严鹏
杨涛
马秀芬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Original Assignee
Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research filed Critical Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority to CN201611126526.XA priority Critical patent/CN106756999B/zh
Publication of CN106756999A publication Critical patent/CN106756999A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106756999B publication Critical patent/CN106756999B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，该方法包括以下步骤：一、将难熔金属基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；二、在难熔金属表面制备硅化物涂层；三、在惰性气体保护下对硅化物涂层进行激光重熔处理。本发明通过优化激光重熔的工艺参数，能够显著改善熔烧和包渗硅化物涂层的表面质量，降低其表面粗糙度，消除或大大降低涂层与基体之间互扩散区的厚度，并均匀化硅化物涂层的成分和显微组织，从而提高硅化物涂层的抗热震性能。

Description

一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法
技术领域
本发明属于难熔金属高温防护技术领域，具体涉及一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法。
背景技术
难熔合金具备优异的高温强度和韧性以及良好的加工性能，在宇航工业、航空工业以及原子能工业中得到了广泛的应用。然而，难熔合金在超高温氧化环境中应用存在抗氧化难题，因其氧亲和势高，且氧溶解度大，在室温即极易吸氧，并在远低于服役温度时发生严重氧化。因此，发展高性能高温抗氧化涂层成为难熔金属及其合金高温应用的关键。难熔金属最主要、最成熟的高温防护涂层仍然是硅化物涂层。高温氧化条件下，硅化物涂层通过发生Si元素的选择性氧化，生成SiO2玻璃保护膜，为基体提供防护，展现出了良好的抗高温(1000℃～1700℃)氧化性能，而且，SiO2玻璃膜在高温下发生软化，能够黏性流动，可以弥补涂层制备过程或氧化过程中形成的裂纹、孔洞等缺陷，展现出了良好的“自愈合”能力，成为难熔合金，尤其是铌基和钼基合金最主要的高温防护涂层。
硅化物涂层一般通过真空包渗和真空高温熔烧的方法进行制备。真空包渗制备硅化物涂层的主要缺点是涂层成分和厚度难以控制，且不能加涂复杂部件、缝隙和精细表面。有鉴于此，发展了真空高温熔烧硅化物涂层：将涂层材料与分散剂按比例均匀混合后制得料浆，通过浸涂、刷涂或者喷涂的方法在经过表面预处理的难熔金属表面预置料浆，采用加热或加压的方法使其固化，随后在真空或惰性气体保护下高温熔烧制备涂层。熔烧硅化物涂层具有可操作性强，涂层成分、厚度均匀可调，能够在复杂的零部件表面进行涂层制备。
然而，上述两种硅化物涂层的制备方法，尤其是熔烧制备方法，得到的硅化物涂层都存在涂层表面粗糙度大的问题，这对涂层的高温抗氧化性能造成了以下两方面的影响：一方面，这影响了高温氧化条件下生成的玻璃态保护膜的流动性，降低了涂层的自愈合能力；另一方面，不平坦涂层表面生长的氧化膜也存在表面起伏，这使得在热震条件下氧化膜内形成剪切应力和垂直于基体表面的拉应力，氧化膜极易发生开裂和剥落。此外，涂层表面的孔洞和缝隙也是热震条件下裂纹萌生的源头。因此，改善熔烧硅化物涂层的表面质量，降低其表面粗糙度，有利于提升涂层的高温抗氧化性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法。该方法通过优化激光重熔的工艺参数，能够显著改善硅化物涂层的表面质量，并均匀化硅化物涂层的成分和显微组织。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种激光重熔改善硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将难熔金属基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸溶液和浓硝酸溶液按体积比(6～7):(3～4)混合而成，所述氢氟酸溶液的质量浓度为40％～60％，所述浓硝酸溶液的质量浓度为65％～68％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的难熔金属基体表面制备硅化物涂层；
步骤三、在惰性气体保护下对步骤二中所述硅化物涂层进行激光重熔处理。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤一中所述难熔金属为铌及铌合金或者钽及钽合金。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，所述铌合金为C103、Nb521或Nb521C；所述钽合金的牌号为Ta10W或Ta12W。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤二中所述硅化物涂层为Si-Cr-Ti涂层及改性的Si-Cr-Ti涂层、Si-Cr-Fe涂层及改性的Si-Cr-Fe涂层、Si-Mo-Zr涂层及改性的Si-Mo-Zr涂层或Si-Mo-W涂层及改性的Si-Mo-W涂层；所述硅化物涂层的厚度不小于70μm。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤三中所述激光重熔处理的激光功率为350W～450W，束斑直径为0.2mm～1mm，扫描速度为500mm/min～600mm/min。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，所述激光重熔处理中采用的激光器为YAG激光器，YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为5cm～15cm，束斑尺寸为0.4mm～0.8mm，电流为140A～200A，脉宽为20ms～40ms，频率为30Hz，扫描速度为540mm/min～580mm/min。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤三中所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为5L/min～15L/min。
上述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤二中所述硅化物涂层的制备方法可选用现有的真空高温熔烧法、真空包渗法、电沉积法、等离子喷涂法、高速火焰喷涂法或冷喷涂法中的一种，或两种方法组合。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过采用激光重熔方法对难熔金属表面硅化物涂层进行表面处理，可以显著降低硅化物涂层的表面粗糙度，提高硅化物涂层的抗热震性能。
2、本发明通过采用激光重熔方法对硅化物涂层进行表面处理，可以改变涂层的显微结构，消除或大大降低涂层于基体之间的互扩散区的厚度。
3、本发明通过采用激光重熔方法对硅化物涂层进行处理，可以均匀化硅化物涂层的成分，让硅化物涂层的表面成分与靠近难熔金属基体一侧的成分趋于一致。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的C103铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层的光学照片。
图2为本发明实施例1中C103铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层的光学照片。
图3为本发明实施例1中C103铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层表面形貌的SEM照片。
图4为本发明实施例1中C103铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层截面形貌的SEM照片。
图5为本发明实施例1中C103铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层表面形貌的SEM照片。
图6为本发明实施例1中C103铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层的截面形貌的SEM照片。
图7为本发明实施例2中Nb521铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层表面形貌的SEM照片。
图8为本发明实施例2中Nb521铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层截面形貌的SEM照片。
图9为本发明实施例2中Nb521铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层截面形貌的SEM照片。
具体实施方式
实施例1
步骤一、将C103铌合金基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸和浓硝酸按体积比6.5:3.5混合而成，所述氢氟酸的质量浓度为50％，所述浓硝酸的质量浓度为65％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的C103铌合金基体表面通过真空高温熔烧法制备厚度约为135μm的Si-Cr-Ti硅化物涂层；
所述真空高温熔烧法的具有过程为：一、按比例称取Si粉、Cr粉及Ti粉并球磨混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到硅化物料浆，所述球磨机的转速为300r/min，所述球磨混合的时间为120min，所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比1:2混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的15倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；二、采用浸涂方法将硅化物料浆预置于C103铌合金表面；三、将带有预置层的C103铌合金在400℃烘干，在合金表面得到预置层；四、将带有预置层的C103铌合金置于真空烧结炉中，在真空度为7.0×10-3Pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到厚度为135μm的Si-Cr-Ti硅化物涂层，所述高温熔烧的具体过程为：在升温速率为20℃/min的条件下升温至800℃保温30min，然后在升温速率为10℃/min的条件下升温至1350℃保温90min；
步骤三、在氩气气氛保护下，采用YAG激光器对步骤二中制备的所述硅化物涂层进行激光重熔处理，所述激光重熔处理的激光功率为400W，所述YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为10cm，束斑尺寸为0.6mm，电流为170A，脉宽为30ms，频率为30Hz，扫描速度为560mm/min；所述氩气的流量为7L/min。
本实施例中，步骤二中为了消除C103铌合金基体的边角效应，方便硅化物料浆的涂覆和抗氧化性能测试，对试样片进行倒角；而步骤三中进行激光重熔处理时为了便于设置YAG激光器的激光行程，没有对C103铌合金基体进行倒角处理，这造成图1和图2的形状略有差别，但是C103铌合金基体表面的硅化物涂层的成分与制备工艺完全一样。
图1为本实施例中C103铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层的光学照片，从图1中可以看出，采用真空高温熔烧法制备的硅化物涂层，该硅化物涂层的表面为银灰色，该硅化物涂层的表面呈褶皱状；图2为本实施例中C103铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层的光学照片，从图2中可以看到，激光熔覆处理后的硅化物涂层呈金属银白色，涂层表面有明显的搭接纹路。
图3为本实施例中C103铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层表面形貌的SEM照片，从图3中可以看到，硅化物涂层表面存在明显的粉末状颗粒，这表明在熔烧过程中，粉末的高温反应不充分，导致硅化物涂层的表面粗糙度较大。
图4为本实施例中C103铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层截面形貌的SEM照片，从图4中可以看到，硅化物涂层分为三层，外层为MSi2(M为Ti、Cr、Nb)，中间层为互扩散区，内层为Nb5Si3。此外，硅化物涂层内部存在明显的析出相。
图5为本实施例中C103铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层表面形貌的SEM照片，从图5中可以看到，激光重熔后硅化物涂层的表面粗糙度显著降低，涂层表面无颗粒状突起，但涂层表面存在激光重熔过程中的搭接纹理，且涂层表面存在微裂纹，这是由激光重熔过程中的急剧温度变化引发脆性硅化物涂层开裂所导致。
图6为本实施例中C103铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层的截面形貌的SEM照片，从图6中可以看到，硅化物涂层由熔烧制备态的三层结构变为双层结构，互扩散区消失，界面反应层厚度显著降低。
实施例2
步骤一、将Nb521铌合金基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸和浓硝酸按体积比6:4混合而成，所述氢氟酸的质量浓度为40％，所述浓硝酸的质量浓度为65％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的Nb521铌合金基体表面通过真空高温熔烧法制备厚度约为118μm的Si-Cr-Ti硅化物涂层；
所述真空高温熔烧法的具有过程为：一、按比例称取Si粉、Cr粉及Ti粉并球磨混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到硅化物料浆，所述球磨机的转速为320r/min，所述球磨混合的时间为240min，所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比1:2.5混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的20倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；二、采用气动喷涂的方式将硅化物料浆预置于Nb521铌合金表面，所述气动喷涂的喷涂气压为0.4MPa，喷涂距离为20cm；三、将带有预置层的Nb521铌合金在400℃烘干，在合金表面得到预置层；四、将带有预置层的Nb521铌合金置于真空烧结炉中，在真空度为7.0×10-3Pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到厚度为118μm的Si-Cr-Ti硅化物涂层，所述高温熔烧的具体过程为：在升温速率为20℃/min的条件下升温至800℃保温30min，然后在升温速率为15℃/min的条件下升温至1400℃保温30min；
步骤三、在氩气气氛保护下，采用YAG激光器对步骤二中制备的所述硅化物涂层进行激光重熔处理，所述激光重熔处理的激光功率为450W，所述YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为15cm，束斑尺寸为0.8mm，电流为200A，脉宽为40ms，频率为30Hz，扫描速度为580mm/min；所述氩气的流量为15L/min。
图7为本实施例中Nb521铌合金表面硅化物涂层表面形貌的SEM照片，从图7中可以看到，涂层表面由粉末状颗粒构成，这表明在熔烧过程中，粉末的高温反应不充分，导致涂层表粗糙度较大。
图8为本实施例中Nb521铌合金表面Si-Cr-Ti硅化物涂层截面形貌的SEM照片，从图8中可以看到，硅化物涂层分为三层，外层为MSi2(M为Cr、Ti、Nb)，中间为互扩散区，内层为Nb5Si3。此外，涂层内部存在明显的析出相。
图9为本实施例中Nb521铌合金表面激光重熔处理后Si-Cr-Ti硅化物涂层截面形貌的SEM照片，从图9中可以看到，激光重熔后硅化物涂层的表面粗糙度显著降低，涂层表面平坦，无颗粒状突起，但涂层内部存在微裂纹，这是由激光重熔过程中的急剧温度变化引发脆性硅化物涂层开裂所导致；涂层由熔烧制备态的三层结构变为双层结构，互扩散区消失，界面反应层厚度显著降低。
实施例3
步骤一、将Ta10W钽合金基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸和浓硝酸按体积比6:3混合而成，所述氢氟酸的质量浓度为40％，所述浓硝酸的质量浓度为65％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的Ta10W钽合金基体表面通过真空高温熔烧法制备厚度为100μm的Si-Mo-Zr硅化物涂层；所述真空高温熔烧法的具有过程为：一、按比例称取Si粉、Mo粉及Zr粉并球磨混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到硅化物料浆，所述球磨机的转速为320r/min，所述球磨混合的时间为240min，所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比1:3混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的25倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；二、采用气动喷涂的方式将硅化物料浆预置于Ta10W钽合金表面，所述气动喷涂的喷涂气压为0.4MPa，喷涂距离为20cm；三、将带有预置层的Ta10W钽合金在400℃烘干，在合金表面得到预置层；四、将带有预置层的Ta10W钽合金置于真空烧结炉中，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到厚度为100μm的Si-Mo-Zr硅化物涂层，所述高温熔烧的具体过程为：在升温速率为20℃/min的条件下升温至800℃保温60min，然后在升温速率为10℃/min的条件下升温至1400℃保温60min；
步骤三、在氩气气氛保护下，采用YAG激光器对步骤二中制备的所述硅化物涂层进行激光重熔处理，所述激光重熔处理的激光功率为350W，所述YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为5cm，束斑尺寸为0.4mm，电流为140A，脉宽为20ms，频率为30Hz，扫描速度为540mm/min；所述氩气的流量为5L/min。
经本实施例激光重熔处理后的Ta10W钽合金表面Si-Mo-Zr硅化物涂层的表面粗糙度显著降低，涂层表面平坦，无颗粒状突起，但涂层内部存在微裂纹，这是由激光重熔过程中的急剧温度变化引发脆性硅化物涂层开裂所导致；涂层由熔烧制备态的三层结构变为双层结构，互扩散区厚度及界面反应层厚度显著降低。
实施例4
步骤一、将Ta12W钽合金基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸和浓硝酸按体积比7:3混合而成，所述氢氟酸的质量浓度为60％，所述浓硝酸的质量浓度为65％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的Ta12W钽合金基体表面通过真空高温熔烧法制备厚度为120μm的Si-Mo-Zr硅化物涂层；
所述真空高温熔烧法的具有过程为：一、按比例称取Si粉、Mo粉及Zr粉并球磨混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到硅化物料浆，所述球磨机的转速为320r/min，所述球磨混合的时间为240min，所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比1:3混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的25倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；二、采用气动喷涂的方式将硅化物料浆预置于Ta12W钽合金表面，所述气动喷涂的喷涂气压为0.4MPa，喷涂距离为20cm；三、将带有预置层的Ta12W钽合金在400℃烘干，在合金表面得到预置层；四、将带有预置层的Ta12W钽合金置于真空烧结炉中，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到厚度为120μm的Si-Mo-Zr硅化物涂层，所述高温熔烧的具体过程为：在升温速率为20℃/min的条件下升温至800℃保温90min，然后在升温速率为10℃/min的条件下升温至1400℃保温30min；
步骤三、在氩气气氛保护下，采用YAG激光器对步骤二中制备的所述硅化物涂层进行激光重熔处理，所述激光重熔处理的激光功率为400W，所述YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为8cm，束斑尺寸为0.2mm，电流为180A，脉宽为30ms，频率为30Hz，扫描速度为500mm/min；所述氩气的流量为10L/min。
经本实施例激光重熔处理后的Ta12W钽合金表面Si-Mo-Zr硅化物涂层的表面粗糙度显著降低，涂层表面平坦，无颗粒状突起，但涂层内部存在微裂纹，这是由激光重熔过程中的急剧温度变化引发脆性硅化物涂层开裂所导致；涂层由熔烧制备态的三层结构变为双层结构，互扩散区厚度及界面反应层厚度显著降低。
实施例5
步骤一、将C103铌合金基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸和浓硝酸按体积比7:4混合而成，所述氢氟酸的质量浓度为60％，所述浓硝酸的质量浓度为68％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的C103铌合金基体表面通过真空高温熔烧法制备厚度为110μm的Si-Cr-Fe硅化物涂层；
所述真空高温熔烧法的具有过程为：一、按比例称取Si粉、Cr粉及Fe粉并球磨混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到硅化物料浆，所述球磨机的转速为300r/min，所述球磨混合的时间为120min，所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比1:2混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的15倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；二、采用浸涂方法将硅化物料浆预置于C103铌合金表面；三、将带有预置层的C103铌合金在400℃烘干，在合金表面得到预置层；四、将带有预置层的C103铌合金置于真空烧结炉中，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到厚度为110μm的Si-Cr-Fe硅化物涂层，所述高温熔烧的具体过程为：在升温速率为20℃/min的条件下升温至400℃保温90min，然后在升温速率为15℃/min的条件下升温至1300℃保温30min；
步骤三、在氩气气氛保护下，采用YAG激光器对步骤二中制备的所述硅化物涂层进行激光重熔处理，所述激光重熔处理的激光功率为420W，所述YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为10cm，束斑尺寸为1mm，电流为150A，脉宽为25ms，频率为30Hz，扫描速度为600mm/min；所述氩气的流量为8L/min。
经本实施例激光重熔处理后的C103铌合金表面Si-Cr-Fe硅化物涂层的表面粗糙度显著降低，涂层表面平坦，无颗粒状突起，但涂层内部存在微裂纹，这是由激光重熔过程中的急剧温度变化引发脆性硅化物涂层开裂所导致；涂层由熔烧制备态的三层结构变为双层结构，互扩散区厚度及界面反应层厚度显著降低。
实施例6
步骤一、将Ta10W钽合金基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸和浓硝酸按体积比6.2:3.8混合而成，所述氢氟酸的质量浓度为45％，所述浓硝酸的质量浓度为67％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的Ta10W钽合金基体表面通过真空高温熔烧法制备厚度为100μm的Si-Mo-W硅化物涂层；
所述真空高温熔烧法的具有过程为：一、按比例称取Si粉、Mo粉及W粉并球磨混合均匀，得到混合粉末，然后将分散剂与所述混合粉末置于球磨机中球磨混合均匀，得到硅化物料浆，所述球磨机的转速为320r/min，所述球磨混合的时间为240min，所述分散剂由乙酸乙酯和清漆按体积比1:3混合而成，所述分散剂的体积为所述混合粉末质量的25倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g；二、采用气动喷涂的方式将硅化物料浆预置于Ta10W钽合金表面，所述气动喷涂的喷涂气压为0.4MPa，喷涂距离为20cm；三、将带有预置层的Ta10W钽合金在400℃烘干，在合金表面得到预置层；四、将带有预置层的Ta10W钽合金置于真空烧结炉中，在真空度为1.0×10-3Pa的条件下进行高温熔烧，随炉冷却后在钽合金表面制备得到厚度为100μm的Si-Mo-W硅化物涂层，所述高温熔烧的具体过程为：在升温速率为10℃/min的条件下升温至800℃保温30min，然后在升温速率为10℃/min的条件下升温至1550℃保温120min；
步骤三、在氩气气氛保护下，采用YAG激光器对步骤二中制备的所述硅化物涂层进行激光重熔处理，所述激光重熔处理的激光功率为400W，所述YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为10cm，束斑尺寸为0.5mm，电流为170A，脉宽为30ms，频率为30Hz，扫描速度为560mm/min；所述氩气的流量为12L/min。
经本实施例激光重熔处理后的Ta10W钽合金表面Si-Mo-W硅化物涂层的表面粗糙度显著降低，涂层表面平坦，无颗粒状突起，但涂层内部存在微裂纹，这是由激光重熔过程中的急剧温度变化引发脆性硅化物涂层开裂所导致；涂层由熔烧制备态的三层结构变为双层结构，互扩散区厚度及界面反应层厚度显著降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将难熔金属基体依次进行打磨、酸洗和脱脂处理；所述酸洗处理中采用的酸液由氢氟酸溶液和浓硝酸溶液按体积比(6～7):(3～4)混合而成，所述氢氟酸溶液的质量浓度为40％～60％，所述浓硝酸溶液的质量浓度为65％～68％；
步骤二、在步骤一中经打磨、酸洗和脱脂处理后的难熔金属基体表面制备硅化物涂层；所述硅化物涂层为Si-Cr-Ti涂层及改性的Si-Cr-Ti涂层、Si-Cr-Fe涂层及改性的Si-Cr-Fe涂层、Si-Mo-Zr涂层及改性的Si-Mo-Zr涂层或Si-Mo-W涂层及改性的Si-Mo-W涂层；所述硅化物涂层的厚度不小于70μm。
步骤三、在惰性气体保护下对步骤二中所述硅化物涂层进行激光重熔处理。
2.根据权利要求1所述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤一中所述难熔金属为铌、铌合金、钽或钽合金。
3.根据权利要求2所述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，所述铌合金的牌号为C103、Nb521或Nb521C；所述钽合金的牌号为Ta10W或Ta12W。
4.根据权利要求1所述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤三中所述激光重熔处理的激光功率为350W～450W，束斑直径为0.2mm～1mm，扫描速度为500mm/min～600mm/min。
5.按照权利要求4所述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，所述激光重熔处理中采用的激光器为YAG激光器，YAG激光器的输出功率为400W；在进行激光重熔处理时YAG激光器的焦距为5cm～15cm，束斑尺寸为0.4mm～0.8mm，电流为140A～200A，脉宽为20ms～40ms，频率为30Hz，扫描速度为540mm/min～580mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法，其特征在于，步骤三中所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为5L/min～15L/min。
CN201611126526.XA 2016-12-09 2016-12-09 一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法 Active CN106756999B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611126526.XA CN106756999B (zh) 2016-12-09 2016-12-09 一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611126526.XA CN106756999B (zh) 2016-12-09 2016-12-09 一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106756999A CN106756999A (zh) 2017-05-31
CN106756999B true CN106756999B (zh) 2018-10-23

Family

ID=58877608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611126526.XA Active CN106756999B (zh) 2016-12-09 2016-12-09 一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106756999B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108048778B (zh) * 2017-12-14 2020-02-14 西北有色金属研究院 层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层及其制备方法
CN108070859A (zh) * 2017-12-14 2018-05-25 西北有色金属研究院 难熔金属表面层状复合Ir/W高温抗氧化涂层及其制备方法
CN108004539B (zh) * 2017-12-14 2020-05-01 西北有色金属研究院 一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层及其制备方法
CN109295455A (zh) * 2018-12-17 2019-02-01 济南大学 金属表面涂层制备装置
CN110373628B (zh) * 2019-08-26 2020-06-12 西北有色金属研究院 一种难熔金属表面原位反应自生高温扩散障及其制备方法
CN111155080B (zh) * 2020-01-03 2021-12-21 西北工业大学 一种耐高温硅化物腐蚀的防护涂层材料及涂层制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105331871A (zh) * 2015-11-30 2016-02-17 重庆理工大学 Al-Co-Cr-Cu-Nb-Si-Ti-V多主元合金及其对钛合金表面处理的方法
CN105331870A (zh) * 2015-11-30 2016-02-17 重庆理工大学 一种含微量b的多主元合金及其用于对钛合金表面处理的方法
CN105803289A (zh) * 2016-06-04 2016-07-27 苏州思创源博电子科技有限公司 一种钨镍合金材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105331871A (zh) * 2015-11-30 2016-02-17 重庆理工大学 Al-Co-Cr-Cu-Nb-Si-Ti-V多主元合金及其对钛合金表面处理的方法
CN105331870A (zh) * 2015-11-30 2016-02-17 重庆理工大学 一种含微量b的多主元合金及其用于对钛合金表面处理的方法
CN105803289A (zh) * 2016-06-04 2016-07-27 苏州思创源博电子科技有限公司 一种钨镍合金材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
硅化物涂层电子束重熔表面改性技术;于斌等;《中国空间科学技术》;20101031(第5期);第54页摘要部分 *
难熔金属表面高温抗氧化涂层技术现状;张绪虎等;《中国材料进展》;20130430;第32卷(第4期);第203-210页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106756999A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106756999B (zh) 一种激光重熔改善难熔金属表面硅化物涂层表面质量的方法
CA2803431C (en) Method for hot shaping a workpiece and agent for reducing the heat emission
Chen et al. Glass–ceramic coatings on titanium alloys for high temperature oxidation protection: Oxidation kinetics and microstructure
CN101143381B (zh) 钛合金精铸熔炼方法
CN104928607B (zh) 一种提高热障涂层与基体结合力的涂层制备方法
CN108048778B (zh) 层状复合硅化物/玻璃陶瓷高温抗氧化涂层及其制备方法
CN106587629B (zh) 硼化物改性玻璃陶瓷基复合高温抗氧化涂层及其制备方法
CN105967759A (zh) 一种稀土氧化物改性Si-Mo-O梯度抗氧化涂层及制备方法
CN105562932B (zh) 一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法
Wang et al. Low-pressure plasma spraying of ZrB2-SiC coatings on C/C substrate by adding TaSi2
CN106191853A (zh) 一种热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺
CN103894758B (zh) 一种用于镍基高温合金激光焊接的活性剂及其使用方法
CN104480461A (zh) Ni60/SiC复合粉末多道搭接激光熔覆Cr12MoV钢的方法
CN108559942A (zh) 一种在锆基合金表面制备黑色陶瓷层的方法
CN106591820A (zh) 一种ic装备关键零部件用高纯氧化钇涂层的制备方法
CN105386041B (zh) 一种激光熔覆制备改性复合Hf‑Ta金属涂层的方法
Wang et al. Morphology of composite coatings formed on Mo1 substrate using hot-dip aluminising and micro-arc oxidation techniques
CN107904544A (zh) 一种难熔金属表面抗氧化涂层的制备方法
CN108004539B (zh) 一种难熔金属表面Zr改性硅化物涂层及其制备方法
Fan et al. Microstructure evolution in yttria stabilized zirconia during laser hybrid induction modification
CN108034857A (zh) 一种防钛火阻燃涂层及其制备方法
CN105154871A (zh) 在钛合金上制备TiAl基合金梯度阻燃材料的激光制造方法
CN105506427B (zh) 一种钽合金表面改性复合Hf‑Ta涂层及其制备方法
Yao et al. Oxidation Resistance of Boiler Steels with Al2O3–Y2O3 Nano-and Micro-Composite Coatings Produced by Sol–Gel Process
CN107617545B (zh) 一种发动机部件用的金属陶瓷涂层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant