CN107190261B - 一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层及制备方法，将Nb521合金酸洗、喷砂、超声清洗和烘干后备用；利用卤化物气相包渗方法制备含Al2O3吸附颗粒的NbSi2内涂层；利用大气内送粉超音速等离子喷涂方法制备MoSi2外涂层。本发明的有益效果：与公开报道的铌合金表面防护涂层的热氧化性能相比，本发明的粗糙化渗硅+热喷涂制备的复合涂层体系显著提高了铌基合金在1500℃的抗氧化性能，使用寿命≥128h。本发明设计的Al2O3中间层，在高温下能形成元素阻挡层，能有效防止涂层元素互扩散带来的侵蚀涂层现象。

Description

一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层及制备方法
技术领域
本发明设有表面工程领域，涉及一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层及制备方法，具体涉及一种难熔高温铌合金表面NbSi2-Al2O3-MoSi2高温抗氧化涂层及制备方法。
背景技术
难熔高温铌合金是被认为是最有可能替代目前在涡轮叶片领域使用最广泛的镍基超高温合金的新一代发动机叶片的候选材料，其在航空、航天以及核反应堆等国防领域和民用领域都具有巨大的应用前景。但铌基合金在高温有氧环境下易发生严重氧化，且氧化物与基体的体积比存在明显差异，导致氧化层发生层裂，失去其优良的高温结构力学性能，成为其应用于高温热结构部件的瓶颈问题，而涂层技术是解决该材料高温易氧化问题的有效手段。
文献1“Lifetime of environmental/thermal barrier coatings deposited ona niobium silicide composite with boron containing M7Si6-based bond coat，Braun,R.,Lange,A.,Schulz U,Portebois L,Mathieu S,Vilasi M,Drawin S.Materialsand corrosion.2016”公开了一种在铌合金Nb-25Ti-8Hf-2Cr-2Al-16Si(at％)表面有效服役的热/环境障碍涂层，该涂层体系包含采用包渗工艺制备的M7Si6(M＝Ti,Nb,Fe,Cr)内结合层和采用物理气相沉积制备的Y2SiO5+Gd2Zr2O7外涂层。该涂层体系在1100℃热循环下表现出良好的热氧化防护能力，但由于该研究采用的物理气相沉积或磁控溅射工艺制备过程繁琐，沉积时间长，可控制性差，涂层内部缺陷无法避免，且涂层服役温度较低，显示不出高温服役环境下使用的优势。
文献2“Deposition of a B-modified silicide coating for Nb-Si basedalloy oxidation protection.W Shao,W Wang,C Zhou.Corrosion Science.2016”公开了一种用元素共渗法制备的B改性硅化物热氧化涂层、文献3“Characterization ofmicrostructure and oxidation resistance of Y and Ge modified silicide coatingon Nb-Si based alloy.W Wang,C.Zhou.Corrosion Science.2016”公开了一种与文献2相同制备方法的Y+Ge改性硅化物抗氧化涂层，单元或多元改性的包渗工艺制备的硅化物防氧化层能有效保护铌合金在1250℃环境下服役，但因改性硅化物涂层与基体间元素扩散严重，引起高温下服役的涂层结构不稳定，在温度大于1300℃的氧化环境中仍无法有效避免氧的内扩散，因此无法满足在高温(大于1300℃)下对铌基合金的长时间防护。
等离子体喷涂工艺由于其工艺可控性强、制备时间短以及不受材料熔点的限制等优点被广泛使用在制备热障涂层的工艺中，然而应用该方法制备的常规双层热障涂层体系在铌合金表面因热匹配性差，无法照搬使用。MoSi2高温(<1700℃)氧化气氛下能在表面形成一层致密氧化物保护膜，防氧化效果突出；Al2O3拥有优异的化学稳定性和抗热震性，热膨胀系数与铌基合金、MoSi2相近，且氧扩散系数低。以上两种次材料均可作为铌基合金抗氧化涂层的备选材料。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层及制备方法，即采用渗硅工艺制备内结合涂层和中间层、喷涂工艺制备抗氧化外涂层，渗硅工艺保留的Al2O3中间层，在高温下起到阻挡层的作用，防止元素扩散效应带来的涂层结构衰退，从而能够满足铌基合金在1500℃热氧空气中的长期有效服役。本发明在铌基合金表面开发出一种适用于耐高温长寿命表面热防护复合涂层体系。
技术方案
一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层，包括内涂层、中间层和外涂层；其特征在于：所述的内涂层为NbSi2涂层；所述中间层为Al2O3；所述外涂层为MoSi2涂层。
所述铌合金表面NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层厚度为180～250μm。
一种制备所述高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：采用40～50wt.％硝酸酸洗铌合金后烘干后喷砂处理，再用无水乙醇超声清洗20～30min后烘干，得到表面结构粗糙的铌合金；
步骤2：在粗化合金的表面渗硅制备NbSi2内涂层和Al2O3中间层：将包渗粉料和粗化的铌合金混合后置密闭的石墨坩埚内，放入高温真空炉中，抽真空使真空度达到0.6Pa，然后保真空30min以上；然后通入流量为500～600ml/min的保护性气体氩气至一个大气压，以4～5℃/min的升温速度将炉温升至1250℃，保温1h；随后以5～11℃/min的降温速度将炉温降至500℃，关闭电源自然降温至室温；整个过程中通氩气保护；
表面渗硅过程结束后，得到NbSi2内涂层和附着在内涂层上的Al2O3中间层；
所述包渗粉料是：5～15％的Si粉、5～15％的NH4F和70～80％的Al2O3粉；球磨制成；
步骤3：在渗硅基体的表面制备MoSi2外涂层：将纯度为90％的MoSi2细粉制成料浆溶液，将悬浮料浆进行喷雾干燥，制得MoSi2团聚状喷涂粉末；采用超音速等离子体喷涂方法，在Al2O3中间层上制备MoSi2外涂层。
所述步骤1中硝酸酸洗铌合金时间为5～10min。
所述步骤1中硝酸酸洗后的烘干是在70～90℃烘干1h。
所述步骤1中无水乙醇超声清洗时间20～30min。
所述步骤1中无水乙醇超声清洗的超声波功率为80～150W。
所述步骤1中喷砂采用0.6～0.7MPa的30～60目刚玉砂进行喷砂。
所述步骤2制被包渗粉料的球磨时间1～3h，球磨速度90r/min。
所述喷砂角度为60～70°，喷砂距离为5～10cm。
有益效果
本发明提出的一种高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层及制备方法，在涂层制备过程中保留残余包渗填充剂Al2O3，以实现Al2O3中间层对双层涂层NbSi2-MoSi2改性的新思路，适用于难熔铌基超高温合金。本发明的NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层制备方法简便，可控性高，制备周期短。从图1可以看出利用本方法制备的NbSi2-MoSi2涂层体系存在非均匀连续的Al2O3颗粒，这说明粗糙基体表面的渗硅能提高Al2O3残留颗粒的吸附能力。采用静态1500℃与室温热循环方法测试涂层的防氧化能力，发现NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层防护的铌基合金能在1500℃静态热氧化环境中有效服役超过128h(如图2)，涂层试样的质量变化率仅为0.549±0.13％。本发明制备的涂层可将铌基合金的服役温度由文献2和3中报道的1250℃提高到1500℃，且1500℃长时(>128h)氧化后的涂层表面连续完整、体系质量变化小，优异1250℃的服役效果，显示出优异的高温抗氧化性能。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
与公开报道的铌合金表面防护涂层的热氧化性能相比，本发明的粗糙化渗硅+热喷涂制备的复合涂层体系显著提高了铌基合金在1500℃空气中的抗氧化性能，使用寿命高于128h。本发明设计的Al2O3中间层，可以缓解多层涂层的热失配；Al2O3中间层在高温下能形成元素阻挡层，可有效防止涂层元素互扩散带来的侵蚀涂层现象。
本发明所提出的涂层体系及制备方法，可使难熔铌合金在高温1500℃环境下具有更加优异的抗氧化性能，而且操作简单，控制参数少，下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是利用粗糙化气相渗硅和喷涂方法制备的NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层试样的截面扫描电镜照片。可看出粗糙基体的渗硅处理，即涂层界面凹凸不平，能提高Al2O3包渗填充颗粒的附着。
图3是NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层试样的热循环氧化重量变化曲线。可以看出，涂层体系的有效使用寿命大于128h，重量变化率小，仅为0.549±0.13％。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明的具体过程为：
步骤1：合金基体的预处理，制备不同粗糙度的合金表面：将难熔铌合金线切割成块状试样并打磨边角，用40-50wt.％硝酸酸洗5～10min，60～80℃烘干；用压力为0.5～0.7MPa的30～60目刚玉砂粗化处理酸洗过的铌合金，喷砂角度为60～70°，喷砂距离为5～10cm；喷砂处理后，再用无水乙醇超声清洗20～30min，超声波功率为80～150W。清洗后的试样放入烘箱中烘干备用；烘干温度为70～90℃。
步骤2：制备含Al2O3吸附颗粒的NbSi2内涂层，具体过程为：
1)按质量分数分别称取5～15％Si粉、5～15％NH4F和70～90％Al2O3粉，加入球磨罐中球磨1～3h制成包渗粉料，球磨速度70～80r/min；
2)将所制包渗粉料的一半放入氧化铝坩埚中，随后放入铌基合金试样，用另一半包埋料覆盖铌基合金试样，当渗料填满石墨坩埚后，用钢尺剥去突出粉料，使渗料顶部水平平行与坩埚开口，盖上石墨坩埚盖，并用高温无机胶密封；
3)将以上封闭的石墨坩埚置于高温石墨化炉内，抽真空使系统真空度达到0.1～0.6Pa，然后保真空30min以上，当真空度无变化时证明系统密封完好。然后通入流量为500～600ml/min的保护性气体氩气至一个大气压，以4～5℃/min的升温速度将炉温升至1100～1400℃，保温1h，随后以5～11℃/min的降温速度将炉温降至500℃，关闭电源自然降温至室温，整个过程中通氩气保护。
步骤3：制备MoSi2外涂层，具体过程是：
1)将纯度为90％的MoSi2细粉，按MoSi2：PVA：PAANH3质量比＝1：1％～2％：0.05％～0.2％混合成固相混合料，按固相量：液相量＝2:3的质量比加入蒸馏水配置成悬浮状料浆，并在110℃水浴中加热1～2h，使PVA和PAANH3充分溶解；
2)将悬浮料浆进行喷雾干燥，制得MoSi2团聚状喷涂粉末，制备过程中，控制进口温度350℃，出口温度120℃，喷头转速30-35r/min，蠕动泵喂料速度10-20r/min；制备所得粉末经110℃烘箱干燥2～3h后，用300号振动筛分级得到筛下料作为喷涂粉末；
3)将以上所得喷涂粉料作为原料，用超音速等离子体喷涂方法制备MoSi2外涂层；制备过程中，所用功率为35～45kW，喷涂距离控制在90～100mm，所用载气为Ar气，辅气为H2。
实施案例1
步骤1：合金基体的预处理，制备不同粗糙度的合金表面：将难熔铌合金用线切割成10×10×3mm3的块状试样若干，高速砂轮打磨圆角后，用40wt.％硝酸酸洗10min，80℃烘干；用压力为0.5MPa的30目刚玉砂粗化处理酸洗过的铌合金，喷砂角度为45°，喷砂距离为10cm；喷砂处理后，再用无水乙醇超声清洗30min，超声波功率为80W。为作对比，将酸洗后的一部分试样经机械细磨处理，分别用300号、500号和800号水磨砂纸进行打磨，打磨后的试样用80W超声进行清洗；以上所有清洗后的试样放入80℃烘箱中烘干备用；
步骤2：制备含Al2O3吸附颗粒的NbSi2的内涂层：按质量分数分别称取10％Si粉、10％NH4F和80％Al2O3粉，加入球磨罐中球磨1h制成包渗粉料，球磨速度70r/min；在石墨坩埚中，用所制包渗粉料将步骤1中的粗化基体充分掩埋并用高温无机胶将石墨坩埚盖和坩埚开口接触处密封；密封后的系统置于高温真空炉中，抽真空使真空度达到0.6Pa，然后保真空1h；然后通入流量为500ml/min的保护性气体氩气至一个大气压，以5℃/min的升温速度将炉温升至1250℃，保温1h，随后以8.5℃/min的降温速度将炉温降至500℃，关闭电源自然降温至室温；
步骤3：制备MoSi2外涂层，具体过程是：将纯度为90％的MoSi2细粉，按MoSi2：PVA：PAANH3质量比＝1：1.5％：0.1％混合成固相混合料，按固相量：液相量＝2:3的质量比加入蒸馏水配置成悬浮状料浆，并在110℃水浴中加热2h，使PVA和PAANH3充分溶解；将悬浮料浆进行喷雾干燥，制得MoSi2团聚状喷涂粉末，制备过程中，控制进口温度350℃，出口温度120℃，喷头转速35r/min，蠕动泵喂料速度10r/min；制备所得粉末经110℃烘箱干燥2h后，用300号振动筛分级得到筛下料作为喷涂粉末；将以上所得喷涂粉料作为原料，用超音速等离子体喷涂方法制备MoSi2外涂层；制备过程中，所用功率为40kW，喷涂距离控制在100mm，所用载气为Ar气，辅气为H2。
经过上述三个步骤，制备了含Al2O3颗粒中间层的NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层体系，由图2可以看出，含Al2O3颗粒中间层的NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层体系界面凹凸不平，有利于Al2O3颗粒的吸附。对涂层在1500℃静态热氧空气中的氧化失重进行测试后发现，NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层体系在128h氧化后，质量损失为0.549％。
实施案例2
步骤1：获得粗化的合金表面：将难熔铌合金用线切割成10×10×3mm3的块状试样若干，高速砂轮打磨圆角后，用50wt.％硝酸酸洗10min，80℃烘干；用压力为0.6MPa的30目刚玉砂粗化处理酸洗过的铌合金，喷砂角度为90°，喷砂距离为5cm；喷砂处理后，再用无水乙醇超声清洗30min，超声波功率为80W；清洗后的试样放入80℃烘箱中烘干备用；
步骤2：制备含Al2O3吸附颗粒的NbSi2的内涂层：按质量分数分别称取5％Si粉、5％NH4F和90％Al2O3粉，加入球磨罐中球磨1h制成包渗粉料，球磨速度70r/min；用案例1中的包埋法将粗化试样装入石墨坩埚中，并加盖坩埚盖，用高温无机胶密封坩埚；密封后的系统置于高温真空炉中，抽真空使真空度达到0.6Pa，然后保真空1h；然后通入流量为500ml/min的保护性气体氩气至一个大气压，以10℃/min的升温速度将炉温升至1100℃，保温1h，随后以7℃/min的降温速度将炉温降至500℃，关闭电源自然降温至室温，整个过程中通氩气保护；
步骤3：制备MoSi2外涂层，具体过程是：将纯度为90％的MoSi2细粉，按MoSi2：PVA：PAANH3质量比＝1：2％：0.2％混合成固相混合料，按固相量：液相量＝2:3的质量比加入蒸馏水配置成悬浮状料浆，并在110℃水浴中加热2h，使PVA和PAANH3充分溶解；将悬浮料浆进行喷雾干燥，制得MoSi2团聚状喷涂粉末，制备过程中，控制进口温度340℃，出口温度115℃，喷头转速38r/min，蠕动泵喂料速度12r/min；制备所得粉末经110℃烘箱干燥2h后，用300号振动筛分级得到筛下料作为喷涂粉末；将以上所得喷涂粉料作为原料，用超音速等离子体喷涂方法制备MoSi2外涂层；制备过程中，所用功率为35kW，喷涂距离控制在90mm，所用载气为Ar气，辅气为H2。
经过上述三个步骤，制备的NbSi2-Al2O3-MoSi2涂层体系，渗硅深度较案例1中减小14.7％，该涂层在128h的1500℃静态热氧空气中能有效服役，质量损失仅为0.671％。
实施案例3
步骤1：获得粗化的合金表面：将难熔铌合金用线切割成10×10×3mm3的块状试样若干，高速砂轮打磨圆角后，用45wt.％硝酸酸洗10min，80℃烘干；用压力为0.8MPa的30目刚玉砂粗化处理酸洗过的铌合金，喷砂角度为90°，喷砂距离为5cm；喷砂处理后，再用无水乙醇超声清洗30min，超声波功率为80W；清洗后的试样放入80℃烘箱中烘干备用；
步骤2：制备含Al2O3吸附颗粒的NbSi2的内涂层：按质量分数分别称取15％Si粉、15％NH4F和70％Al2O3粉，加入球磨罐中球磨1h制成包渗粉料，球磨速度70r/min；用案例1中的包埋法将粗化试样装入石墨坩埚中，并加盖坩埚盖，用高温无机胶密封坩埚；密封后的系统置于高温真空炉中，抽真空使真空度达到0.6Pa，然后保真空1h；然后通入流量为500ml/min的保护性气体氩气至一个大气压，以10℃/min的升温速度将炉温升至1400℃，保温1h，随后以7℃/min的降温速度将炉温降至500℃，关闭电源自然降温至室温，整个过程中通氩气保护；
步骤3：制备MoSi2外涂层，具体过程是：将纯度为90％的MoSi2细粉，按MoSi2：PVA：PAANH3质量比＝1：1％：0.05％混合成固相混合料，按固相量：液相量＝2:3的质量比加入蒸馏水配置成悬浮状料浆，并在110℃水浴中加热2h，使PVA和PAANH3充分溶解；将悬浮料浆进行喷雾干燥，制得MoSi2团聚状喷涂粉末，制备过程中，控制进口温度320℃，出口温度110℃，喷头转速36r/min，蠕动泵喂料速度15r/min；制备所得粉末经110℃烘箱干燥2h后，用300号振动筛分级得到筛下料作为喷涂粉末；将以上所得喷涂粉料作为原料，用超音速等离子体喷涂方法制备MoSi2外涂层；制备过程中，所用功率为45kW，喷涂距离控制在90mm，所用载气为Ar气，辅气为H2。最终获得的多层涂层能有效保护铌基合金在1500℃静态热氧空气中有效服役大于128h，质量损失仅为0.427％。

Claims (8)

1.一种制备高温抗氧化铌合金表面复合硅化物涂层的方法，所述涂层包括内涂层、中间层和外涂层；其特征在于：所述的内涂层为NbSi2涂层；所述中间层为Al2O3；所述外涂层为MoSi2涂层；
所述方法具体步骤如下：
步骤1：采用40～50wt.％硝酸酸洗铌合金后烘干后喷砂处理，再用无水乙醇超声清洗20～30min后烘干，得到表面结构粗糙的铌合金；
步骤2：在粗化合金的表面渗硅制备NbSi2内涂层和Al2O3中间层：将包渗粉料和粗化的铌合金混合后置密闭的石墨坩埚内，放入高温真空炉中，抽真空使真空度达到0.6Pa，然后保真空30min以上；然后通入流量为500～600ml/min的保护性气体氩气至一个大气压，以4～5℃/min的升温速度将炉温升至1250℃，保温1h；随后以5～11℃/min的降温速度将炉温降至500℃，关闭电源自然降温至室温；整个过程中通氩气保护；
表面渗硅过程结束后，得到NbSi2内涂层和附着在内涂层上的Al2O3中间层；
所述包渗粉料的质量分数分别是：5～15％的Si粉、5～15％的NH4F和70～80％的Al2O3粉；球磨制成；
步骤3：在渗硅基体的表面制备MoSi2外涂层：将纯度为90％的MoSi2细粉制成料浆溶液，将悬浮料浆进行喷雾干燥，制得MoSi2团聚状喷涂粉末；采用超音速等离子体喷涂方法，在Al2O3中间层上制备MoSi2外涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中硝酸酸洗铌合金时间为5～10min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中硝酸酸洗后的烘干是在70～90℃烘干1h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中无水乙醇超声清洗时间20～30min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中无水乙醇超声清洗的超声波功率为80～150W。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中喷砂采用0.6～0.7MPa的30～60目刚玉砂进行喷砂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2制备 包渗粉料的球磨时间1～3h，球磨速度90r/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷砂角度为60～70°，喷砂距离为5～10cm。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Control of the Interfacial Reactions in N b-Toughened MoSi2;Leon Shaw等;《Journal of American Ceramic Society》;19930930;第2-3节
Effect of filler on the oxidation protective ability of MoSi2 coating for Mo substrate by halide activated pack cementation;Jia Sun等;《Materials and Design》;20161231;第602-609页
Research on Oxidation Resistant ZrSi2–NbSi2 Bilayer Coatings for an Nb–Ti–Si–Cr Based Ultrahigh Temperature Alloy;Xuan Li等;《Oxid Met》;20150712;第447-462页
Silicide Coating Fabricated by HAPC/SAPS Combination to Protect Niobium Alloy from Oxidation;Jia Sun等;《ACS Applied Materials & Interfaces》;20161231;第8卷(第24期);第2节试验部分

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