CN108866536B - 一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法 - Google Patents

一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，包括如下步骤：将纳米结构的NiAl与Ni粉末在惰性气体保护下通过机械合金化技术制备NiAl含量为20vol.％～40vol.％的NiAl/Ni复合粉末，筛分，收集尺寸在30～50μm的NiAl/Ni复合粉末；对基体材料进行喷砂粗化预处理后，采用冷喷涂系统在完成预处理的基体材料表面沉积制备厚度为200μm～300μm的NiAl/Ni复合涂层，然后将该涂层置于惰性气体环境中热处理5～15小时。本发明有利于控制粒子间结合、金属间化合物粒径大小及分布，所制备的涂层致密性好，且操作简单、成本较低，特别适用于工业应用推广。

Description

一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制 备方法
技术领域
本发明涉及涂层制备领域，具体涉及一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法。
背景技术
高温防护涂层应用于航空航天发动机涡轮叶片和导向叶片需具备良好高温抗氧化性及一定的强韧性。然而，在现有高温防护涂层中，扩散渗铝层存在使用温度不高(＜900℃)，塑性低及易剥落等问题，虽可通过添加Cr、Pt、Si和稀土等氧化反应活性元素来改性铝化物涂层提高其抗高温氧化性能，但工艺过程控制较复杂。MCrAlY涂层在氧化过程中，热生长氧化物 (TGO)的形成和长大及MCrAlY底层与陶瓷层(ZrO2～8％Y2O3)之间的热膨胀系数差异引起的内应力增大将导致涂层失效。NiAl金属间化合物因强度高、抗高温氧化、硫化、熔盐腐蚀及耐磨损性能优异被公认为是一种重要的高温防护涂层材料，然而由于NiAl金属间化合物涂层室温塑性差、断裂抗力及高温强度低等不足限制了其作为高温结构涂层的使用，且NiAl涂层制备过程存在因相变转化引起的成分结构变化、缺陷产生和因热膨胀系数差异引起的应力开裂等问题。
NiAl/Ni3Al双金属间化合物结合及纳米晶晶体结构是改善Ni～Al金属间化合物强韧性和高温抗氧化性能的重要途径之一，将塑韧性好的Ni3Al合理分布在NiAl中可有效提高合金组织的室温塑性和断裂韧性，Ni3Al和NiAl双相结合的室温断裂韧性(9～14MPa·m1/2)是单相 NiAl块材(4～7MPa·m1/2)的2倍。同时，纳米晶NiAl可实现对NiAl材料的强韧化，且纳米晶NiAl晶粒组织具有良好的高温稳定性。在高温循环氧化过程中，Ni3Al涂层中的细晶结构可有效释放内应力，增强Al2O3膜与Ni3Al涂层间的界面结合，从而提高Ni3Al涂层的抗循环氧化性能。因此，基于降低涂层内应力及提高涂层界面结构结合，提出一种操作工艺简单、成本较低及可控的原位合成纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物的制备方法尤其必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，有利于控制粒子间结合、金属间化合物粒径大小及分布，所制备的涂层致密性好，且操作简单、成本较低，特别适用于工业应用推广。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米结构的NiAl与Ni粉末在惰性气体(纯氩气)保护下通过机械合金化技术制备NiAl含量在20vol.％～40vol.％之间的NiAl/Ni复合粉末，其中，NiAl晶粒尺寸控制在10～ 50nm，Ni晶粒尺寸控制在10～30nm；
S2、将所得的NiAl/Ni复合粉末进行筛分，收集尺寸在30～50μm的NiAl/Ni复合粉末；
S3、对基体材料进行喷砂粗化预处理，所述基体材料为316L不锈钢和Al板；
S4、以步骤S2所采集的NiAl/Ni复合粉末为喷涂粉末，采用冷喷涂系统在完成预处理的基体材料表面沉积制备厚度为200μm～300μm的NiAl/Ni复合涂层，其中，送粉量为60～80g/min；
S5、将所述的NiAl/Ni复合涂层置于惰性气体(纯氩气)环境中热处理5～15小时，其中，热处理的条件为：室温至250℃，升温速率为20～25℃/min；250℃至450℃，升温速率为5～10℃/min；450℃至550～650℃，升温速率为2～5℃/min。
进一步地，原位生成的NiAl、Ni3Al金属间化合物均是纳米晶结构。
进一步地，所述步骤S1中的NiAl/Ni复合粉末为团聚包覆型粉末。
进一步地，所述步骤S1中的NiAl/Ni复合粉末粒径可控。
进一步地，所述惰性气体为纯氩气。
本发明具有以下有益效果：
本发明原位合成的NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层粒子间结合良好，涂层致密性好。
本发明可以以通过调节原始粉末粒径、机械合金化工艺、冷喷涂参数及热处理参数来最终控制纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层组织结构、粒子间及涂层与基体间结合。
本发明操作工艺简单，可控性好，尤其适于在高温工况下零部件表面抗氧化环境中推广使用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
选用粒径为50nm的NiAl粉末与粒径为30nm的Ni粉末，通过机械合金技术获得纳米NiAl 体积分数为20vol.％的团聚包覆型的NiAl/Ni复合粉末，其中，球料比为10∶1，转速为250rpm，球磨时间为18h。316L不锈钢和Al板进行喷砂粗化处理后，以通过筛分后所得的团聚包覆型的NiAl/Ni复合粉末为喷涂材料，采用冷喷涂系统在316L不锈钢和Al板表面沉积制备 NiAl/Ni复合涂层，其中，喷涂气体采用N2，加速气体压力2.0MPa，送粉气压力2.2MPa，喷涂温度300℃，喷涂距离10mm，涂层厚度200μm。将喷涂后涂层放入至惰性气体保护的电炉中进行热处理，从室温一直升温至550℃，保温15h，升温条件为：室温至250℃，升温速率为20～25℃/min；250℃至450℃，升温速率为5～10℃/min；450℃至550℃，升温速率为2～5℃/min。
实施例2
选用粒径为20nm的NiAl粉末与粒径为10nm的Ni粉末，通过机械合金技术获得纳米NiAl 体积分数为40vol.％的团聚包覆型的NiAl/Ni复合粉末，其中，球料比为15∶1，转速为180rpm，球磨时间为20h。对316L不锈钢和Al板进行喷砂粗化处理后，以通过筛分后所得的团聚包覆型的NiAl/Ni复合粉末为喷涂材料，采用冷喷涂系统在表面沉积制备NiAl/Ni复合涂层，其中，喷涂气体采用N2，加速气体压力2.0MPa，送粉气压力2.2MPa，喷涂温度250℃，喷涂距离10mm，涂层厚度250μm。喷涂后涂层放入至惰性气体保护的电炉中进行热处理，从室温一直升温至650℃，保温10h，升温速率为：室温至250℃，升温速率为20～25℃/min；250℃至450℃，升温速率为5～10℃/min；450℃至650℃，，升温速率为2～5℃/min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将纳米结构的NiAl与Ni粉末在惰性气体保护下通过机械合金化技术制备NiAl含量在20vol.％～40vol.％之间的NiAl/Ni复合粉末，其中，NiAl晶粒尺寸控制在10～50nm，Ni晶粒尺寸控制在10～30nm；
S2、将所得的NiAl/Ni复合粉末进行筛分，收集尺寸在30～50μm的NiAl/Ni复合粉末；
S3、对基体材料进行喷砂粗化预处理，所述基体材料为316L不锈钢或Al板；
S4、以步骤S2所采集的NiAl/Ni复合粉末为喷涂粉末，采用冷喷涂系统在完成预处理的基体材料表面沉积制备厚度为200μm～300μm的NiAl/Ni复合涂层，其中，送粉量为60～80g/min；喷涂气体采用N2，加速气体压力2.0MPa，送粉气压力2.2MPa，喷涂温度为250℃或300℃，喷涂距离10mm；
S5、将所述的NiAl/Ni复合涂层置于惰性气体环境中热处理5～15小时，其中，热处理的条件为：室温至250℃，升温速率为20～25℃/min；250℃至450℃，升温速率为5～10℃/min；450℃至550～650℃，升温速率为2～5℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，原位生成的NiAl、Ni3Al金属间化合物均是纳米晶结构。
3.根据权利要求1所述的一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的NiAl/Ni复合粉末为团聚包覆型粉末。
4.根据权利要求1所述的一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的NiAl/Ni复合粉末粒径可控。
5.根据权利要求1所述的一种原位合成的纳米晶NiAl/Ni3Al双金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为纯氩气。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109972133A (zh) * 2019-05-10 2019-07-05 兰州理工大学 感应原位合成制备NiCoCrAlY高温合金涂层的方法
CN111763939B (zh) * 2020-07-18 2022-04-01 新余学院 一种多尺度TiC陶瓷相增强TiAl3/TiAl双相复合涂层及其制备方法
CN112553566A (zh) * 2020-11-20 2021-03-26 苏州大学 一种氮化硼纳米片增强镍三铝金属间化合物复合涂层及其制备方法
CN113293366A (zh) * 2021-05-28 2021-08-24 广东工业大学 一种Ni3Al涂层的制备方法
CN117165894B (zh) * 2023-09-12 2024-02-06 东莞市扬锐精密五金电子有限公司 一种用于汽车发动机的高强度铝合金盖板及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000290785A (ja) * 1999-04-07 2000-10-17 Tocalo Co Ltd Ａｌ含有皮膜被覆部材とその製造方法
CN101058881A (zh) * 2007-06-04 2007-10-24 西安交通大学 金属间化合物涂层的制备方法
CN101994077A (zh) * 2010-10-27 2011-03-30 江苏科技大学 一种耐高温氧化金属间化合物涂层及其制备方法
CN102400001A (zh) * 2011-12-02 2012-04-04 九江学院 一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN102925890A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 山东大学 一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法
CN107740035A (zh) * 2017-09-30 2018-02-27 铜山县利国钢铁有限公司 一种带有防腐渗层的钢件
US10207242B2 (en) * 2014-12-16 2019-02-19 Exxonmobil Research And Engineering Company Alumina forming refinery process tubes with mixing element

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7273662B2 (en) * 2003-05-16 2007-09-25 Iowa State University Research Foundation, Inc. High-temperature coatings with Pt metal modified γ-Ni+γ′-Ni3Al alloy compositions

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000290785A (ja) * 1999-04-07 2000-10-17 Tocalo Co Ltd Ａｌ含有皮膜被覆部材とその製造方法
CN101058881A (zh) * 2007-06-04 2007-10-24 西安交通大学 金属间化合物涂层的制备方法
CN100516299C (zh) * 2007-06-04 2009-07-22 西安交通大学 金属间化合物涂层的制备方法
CN101994077A (zh) * 2010-10-27 2011-03-30 江苏科技大学 一种耐高温氧化金属间化合物涂层及其制备方法
CN102400001A (zh) * 2011-12-02 2012-04-04 九江学院 一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN102925890A (zh) * 2012-10-26 2013-02-13 山东大学 一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法
US10207242B2 (en) * 2014-12-16 2019-02-19 Exxonmobil Research And Engineering Company Alumina forming refinery process tubes with mixing element
CN107740035A (zh) * 2017-09-30 2018-02-27 铜山县利国钢铁有限公司 一种带有防腐渗层的钢件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Formation of NiAl Intermetallic Compound by Cold Spraying of Ball-Milled Ni/Al Alloy Powder through Postannealing Treatment";Qiang Zhang et al.;《Journal of Thermal Spray Technology》;20081107;第17卷(第5-6期);第715-720页 *

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