CN110923621B - 铝铬共渗的防护涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝铬共渗的防护涂料及其制备方法和应用，铝铬共渗的防护涂料，包括金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂；金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.5～5.1∶0.7～1.1∶0.2～0.4∶3.8～4.3∶10。本发明的铝铬共渗的防护涂料，将铝铬共渗的防护涂料涂覆在非渗面的基体上，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆在1025℃～1080℃区间内固体粉末铝铬共渗时，阻止活性铝元素、铬元素进入基体，防止非渗部位形成渗层。粘结剂将金属镍、金属铬、金属铝和氧化锆转化成均匀、致密的防护层，粘在基体表面上，防止防护层脱落。上述铝铬共渗的防护涂料已成功应用到铝铬共渗的零件上，防护效果的指标合格率为100％。

Description

铝铬共渗的防护涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及航空发动机及燃气轮机领域，特别地，涉及一种铝铬共渗的防护涂料。此外，本发明还涉及一种包括上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法和应用。

背景技术

在航空制造领域，铝铬共渗是一种常见的渗金属工艺，主要用于提高钢铁和耐热合金的抗高温氧化性能。渗层主要是金属间化合物，在高温下能够形成致密的氧化膜，抑制合金的进一步氧化，提高工件的抗高温氧化和燃气腐蚀能力。目前多种铝铬共渗技术被开发出来，其中固体粉末包埋法是在航空发动机及燃气涡轮工作叶片制造领域应用最为广泛的方法之一，工艺成熟、操作简单，成本低，在零件表面上形成稳定均匀的铝铬金属间化合物防护层，因此被各大制造企业广泛采用。

在铝铬共渗的部件加工制造中，经常存在一些需要防护的部位，即该部位不能存在渗金属层，原因是该部位应力集中区域，存在硬脆的渗金属层在使用过程中容易产生裂纹。针对此类无渗层的技术要求，现有常用加工方法是采用预留余量整体进行铝铬共渗加工后机械去除渗金属层以达到该部位无渗层的目的。但该类方法存在后续过程中部件的正常渗层由于机加震动出现裂纹，同时部件渗层由于硬而脆很容易碰伤，故实际生产中该类零件的加工合格率低。

发明内容

本发明提供了一种铝铬共渗的防护涂料及其制备方法和应用，以解决现有技术中机械法去除渗金属层，使得加工零件容易破损，正常的渗金属层出现裂纹，导致零件的加工合格率较低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种铝铬共渗的防护涂料，包括金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂；金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.5～5.1∶0.7～1.1∶0.2～0.4∶3.8～4.3∶10。

进一步地，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.8∶0.9∶0.3∶4∶10。

进一步地，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆采用固体粉末；粘结剂采用液体粘结剂，优选地，液体粘结剂采用硝化纤维粘结剂。

进一步地，铝铬共渗的防护涂料用于温度为1025℃～1080℃区间内固体粉末铝铬共渗时的防护；和/或，铝铬共渗的防护涂料在铝铬共渗时可保温大于等于20h。

根据本发明的另一方面，还提供了一种如上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆混合，进行粉碎处理使得混合料均匀不分层；将混合料与粘结剂混合并搅拌，获得铝铬共渗的防护涂料。

进一步地，粉碎处理采用球磨机处理，处理时间为20h～30h。

根据本发明的另一方面，还提供了一种如上述铝铬共渗的防护涂料在部件的铝铬共渗防护中的应用。

进一步地，包括以下步骤：将铝铬共渗的防护涂料涂覆在部件的非渗层部位，铝铬共渗的防护涂料涂覆4～5层形成防护层，再进行铝铬共渗，部件铝铬共渗完成后将防护层剥落。

进一步地，防护层形成的具体步骤为：将铝铬共渗的防护涂料涂覆非渗层部位，形成的涂层厚度为1mm～1.5mm，烘干固化后再涂覆第二层，直至涂覆至第四层或第五层后形成防护层。

进一步地，防护层形成后还包括对防护层修整处理，以去除渗层部位上多余的防护涂料。

本发明具有以下有益效果：

本发明的铝铬共渗的防护涂料，包括金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂，将铝铬共渗的防护涂料涂覆在非渗面的基体上，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆在1025℃～1080℃区间内固体粉末铝铬共渗时，阻止活性铝元素、铬元素进入基体，防止非渗部位形成渗层。粘结剂将金属镍、金属铬、金属铝和氧化锆转化成均匀、致密的防护层，粘在基体表面上，防止防护层脱落。本发明的铝铬共渗的防护涂料已成功应用到铝铬共渗的零件上，其防护效果的指标合格率为100％，保证了工业生产的顺利进行，节约了设备成本及人力资源。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本发明。

本实施例的铝铬共渗的防护涂料，包括金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂；金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.5～5.1∶0.7～1.1∶0.2～0.4∶3.8～4.3∶10。本发明的铝铬共渗的防护涂料，包括金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂，将铝铬共渗的防护涂料涂覆在非渗面的基体上，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆在1025℃～1080℃区间内固体粉末铝铬共渗时，阻止活性铝元素、铬元素进入基体，防止非渗部位形成渗层。粘结剂将金属镍、金属铬、金属铝和氧化锆转化成均匀、致密的防护层，粘在基体表面上，防止防护层脱落。本发明的铝铬共渗的防护涂料已成功应用到铝铬共渗的零件上，其防护效果的指标合格率为100％，保证了工业生产的顺利进行，节约了设备成本及人力资源。

本发明的铝铬共渗的防护涂料，包括金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂，将铝铬共渗的防护涂料涂覆在非渗面的基体上，其中金属镍和金属铝在高温中形成金属混合物，镍元素易与铝元素结合，形成NiAl高温烧结物，形成金属骨架，保持防护层的强度以保证整体护层的完整。金属镍提供镍元素，由于镍元素较为活跃，除了参与形成金属混合物形成金属骨架，过量的镍元素在防渗部位的表面形成连续的镍层，并且优先与待渗铝铬的活性铝元素、铬元素反应，消耗活性铝元素、铬元素以避免到达基体表面。铝铬共渗的防护涂料中的铝元素和铬元素的含量与基体中铝和铬含量相近，迁移能量大，在高温状态难以迁移，有效的避免铝元素在高温发生迁移，同时并没有形成活性铬原子，故不会污染基体。金属镍提供镍元素，由于镍元素较为活跃，除了参与形成金属混合物形成金属骨架，过量的镍元素在防渗部位的表面形成连续的镍层，并且优先与待渗铝铬的活性铝元素、铬元素反应，消耗活性铝元素、铬元素以避免到达基体表面。氧化锆在铝铬共渗的防护涂料中作为一种调节剂存在。由于金属镍、金属铬和金属铝粉末在长时间高温保温后形成金属烧结物，极易与基体粘接，粘接后难以剥离，氧化锆可以调整金属与基体表面的接触面积，保证铝铬共渗的防护涂料形成的防护层在高温保温时即有效粘覆在基体表面又可以有效的剥离。

本实施例中，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.8∶0.9∶0.3∶4∶10。上述铝铬共渗的防护涂料的原料中各组分采用上述最佳配比，使得制备得到的防护层达到最好的防护效果。

本实施例中，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆采用固体粉末。氧化锆具有以下有益效果：1)将氧化锆可作为阻断层避免了活性待渗原子与基体表面的接触；2)氧化锆粒径比金属粉末粒径要小，分散均匀的固体粉末可以有效地将金属镍粉、金属铬粉、金属铝粉颗粒分开，防止金属粉末在高温长时间的渗铝铬过程中成坚硬的烧结物，降低了防护层的去处难度；3)调整铝铬共渗的防护涂料与零件金属表面的接触面积，从而既保证了铝铬共渗的防护涂料与零件的合理粘接避免防护层脱落，又极大减少了铝铬共渗的防护涂料中的金属粉末与零件表面形成的粘接物，保证涂料容易去除。

本实施例中，粘结剂采用液体粘结剂，优选地，液体粘结剂采用硝化纤维粘结剂。上述硝化纤维粘结剂通过烘干或加热易挥发，不干扰渗金属的工艺。由于增加铬元素的渗入，使得铝铬共渗的温度要大于1020℃，同时要在此温度范围内保温数十小时。渗铝铬防护涂料由金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和液体粘接剂混合制备，制备得到的渗铝铬防护涂料涂覆后进行加热烘干处理，使得硝化纤维粘结剂挥发，防护层只有金属物结合。金属物可以耐高温，使得上述渗铝铬防护涂料形成的防护层可长时间耐高温。

本实施例中，铝铬共渗的防护涂料用于温度为1025℃～1080℃区间内固体粉末铝铬共渗时的防护。和/或，铝铬共渗的防护涂料在铝铬共渗时可保温大于等于20h。

本实施例的如上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆混合，进行粉碎处理使得混合料均匀不分层；将混合料与粘结剂混合并搅拌，获得铝铬共渗的防护涂料。上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆按照一定的比例进行混合，并进行粉碎处理，获得的混合料均匀不分层，保证涂覆在基材表面时，形成致密的涂层。上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法简单易行高效，原料价格低廉，生产成本低。

本实施例中，粉碎处理采用球磨机处理，处理时间为20h～30h。上述粉碎处理采用球磨机处理，将金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆均匀地混合在一起，混合粉剂成分均匀，保证防护效果。

根据本发明的另一方面，还提供了一种如上述铝铬共渗的防护涂料在部件的铝铬共渗防护中的应用。本发明的铝铬共渗的防护涂料应用于部件的非渗区域，在1025℃～1080℃的温度区间长时间的固体粉末铝铬共渗后，该防护涂料达到了阻止表层形成渗金属层的目的，通过理化分析，涂覆该铝铬共渗的防护涂料后，零件基体表面无渗金属层。上述部件优选为航空发动机叶片。

本实施例中，包括以下步骤：将铝铬共渗的防护涂料涂覆在部件的非渗层部位，铝铬共渗的防护涂料涂覆4～5层形成防护层，再进行铝铬共渗，部件铝铬共渗完成后将防护层剥落。上述铝铬共渗的防护涂料直接涂覆在部件表面，然后进行低温烘干即可形成涂层，其防护周期短，只需涂覆4～5层即可形成防护层；上述铝铬共渗的防护涂料形成的防护层清理容易，铝铬共渗只需将防护层敲碎，防护层与基体即可分离，无残留；上述防护层对基体材料无腐蚀，铝铬共渗的防护涂料成分为中性，不与高温合金材料基体发生反应；上述防护层也不污染渗剂，防护层在铝铬共渗后整个防护层完整，无开裂和剥落现象，无防护层残滓遗留渗剂中，在不影响渗剂的重复利用。上述涂覆的层数，可根据铝铬共渗部件的深度进行调节，如渗层深度较深，相应的增加涂层层数，以达到更佳的防护效果.

本实施例中，防护层形成的具体步骤为：将铝铬共渗的防护涂料涂覆非渗层部位，形成的涂层厚度为1mm～1.5mm，烘干固化后再涂覆第二层，直至涂覆至第四层或第五层后形成防护层。将铝铬共渗的防护涂料涂覆非渗层部位，形成的涂层厚度为1mm～1.5mm，涂覆完成后，将零件放置100℃的烘箱中，烘烤2h～4h，烘干固化，如果出现裂纹及气泡，再采用铝铬共渗的防护涂料将裂纹及气泡填补完整，再进行100℃0.5h的烘干，进行第二层涂覆，重复上述环节，直至涂覆至第四层或第五层。为了防止铝铬共渗的防护涂料分层和凝结，可采用间隔性搅拌或持续搅拌。

本实施例中，防护层形成后还包括对防护层修整处理，以去除渗层部位上多余的防护涂料。对防护层进行修整，待形成完整干燥的防护层后采用刀片或其他工具去除铝铬共渗面的多余的防护层，确保铝铬共渗面没有涂料防护层。

实施例

实施例1

本发明的优选实施例提供了一种铝铬共渗的防护涂料，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为5∶0.8∶0.35∶4∶10。

上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆按上述比例进行混合，采用球磨机处理24h，使得混合料均匀不分层；将混合料与硝化纤维粘结剂混合并搅拌，获得铝铬共渗的防护涂料。

将上述铝铬共渗的防护涂料在叶片的铝铬共渗防护中的应用

将铝铬共渗的防护涂料涂覆在叶片非渗层部位，形成的涂层厚度为1mm，涂覆完成后，将叶片放置100℃的烘箱中，烘烤2h，烘干固化，如果出现裂纹及气泡，再采用铝铬共渗的防护涂料将裂纹及气泡填补完整，再进行100℃0.5h的烘干，进行第二层涂覆，重复上述环节，直至涂覆至第四层形成防护层。对防护层进行修整，待形成完整干燥的防护层后采用刀片去除铝铬共渗面的多余的防护层，确保铝铬共渗面没有涂料防护层。将叶片进炉进行铝铬共渗，完成后，出炉取出叶片，使用木榔头敲击防护层，防护层即可剥落。

实施例2

本发明的优选实施例提供了一种铝铬共渗的防护涂料，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.6∶0.9∶0.25∶4.2∶10。

上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆按上述比例进行混合，采用球磨机处理28h，使得混合料均匀不分层；将混合料与硝化纤维粘结剂混合并搅拌，获得铝铬共渗的防护涂料。

将上述铝铬共渗的防护涂料在叶片的铝铬共渗防护中的应用

将铝铬共渗的防护涂料涂覆非渗层部位，形成的涂层厚度为1.3mm，涂覆完成后，将叶片放置100℃的烘箱中，烘烤3h，烘干固化，如果出现裂纹及气泡，再采用铝铬共渗的防护涂料将裂纹及气泡填补完整，再进行100℃0.5h的烘干，进行第二层涂覆，重复上述环节，直至涂覆至第五层形成防护层。对防护层进行修整，待形成完整干燥的防护层后采用刀片去除铝铬共渗面的多余的防护层，确保铝铬共渗面没有涂料防护层。将叶片进炉进行铝铬共渗，完成后，出炉取出叶片，使用木榔头敲击防护层，防护层即可剥落。

实施例3

本发明的优选实施例提供了一种铝铬共渗的防护涂料，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.8∶0.9∶0.3∶4.1∶10。

上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆按上述比例进行混合，采用球磨机处理25h，使得混合料均匀不分层；将混合料与硝化纤维粘结剂混合并搅拌，获得铝铬共渗的防护涂料。

将上述铝铬共渗的防护涂料在叶片的铝铬共渗防护中的应用

将铝铬共渗的防护涂料涂覆非渗层部位，形成的涂层厚度为1.25mm，涂覆完成后，将叶片放置100℃的烘箱中，烘烤3h，烘干固化，如果出现裂纹及气泡，再采用铝铬共渗的防护涂料将裂纹及气泡填补完整，再进行100℃0.5h的烘干，进行第二层涂覆，重复上述环节，直至涂覆至第五层形成防护层。对防护层进行修整，待形成完整干燥的防护层后采用刀片去除铝铬共渗面的多余的防护层，确保铝铬共渗面没有涂料防护层。将叶片进炉进行铝铬共渗，完成后，出炉取出叶片，使用木榔头敲击防护层，防护层即可剥落。

实施例4

本发明的优选实施例提供了一种铝铬共渗的防护涂料，金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.9∶1∶0.4∶3.9∶10。

上述铝铬共渗的防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆按上述比例进行混合，采用球磨机处理25h，使得混合料均匀不分层；将混合料与硝化纤维粘结剂混合并搅拌，获得铝铬共渗的防护涂料。

将上述铝铬共渗的防护涂料在叶片的铝铬共渗防护中的应用

将铝铬共渗的防护涂料涂覆非渗层部位，形成的涂层厚度为1.3mm，涂覆完成后，将叶片放置100℃的烘箱中，烘烤3h，烘干固化，如果出现裂纹及气泡，再采用铝铬共渗的防护涂料将裂纹及气泡填补完整，再进行100℃0.5h的烘干，进行第二层涂覆，重复上述环节，直至涂覆至第五层形成防护层。对防护层进行修整，待形成完整干燥的防护层后采用刀片去除铝铬共渗面的多余的防护层，确保铝铬共渗面没有涂料防护层。将叶片进炉进行铝铬共渗，完成后，出炉取出叶片，使用木榔头敲击防护层，防护层即可剥落。

上述实施例1～4的铝铬共渗的防护涂料，均实现了与叶片的分离，且检查没有铝铬共渗的防护涂料残留，外观良好，也没有腐蚀叶片或与叶片、渗剂反应的现象发生，产品合格率达到100％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铝铬共渗的防护涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将粉末状的金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆混合，进行粉碎处理使得混合料均匀不分层；

将所述混合料与粘结剂混合并搅拌，获得所述铝铬共渗的防护涂料；

所述金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆采用固体粉末，所述金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.5～5.1∶0.7～1.1∶0.2～0.4∶3.8～4.3∶10；

所述粘结剂采用液体粘结剂，所述液体粘结剂采用硝化纤维粘结剂；

所述铝铬共渗的防护涂料用于温度为1025℃～1080℃区间内固体粉末铝铬共渗时的防护，所述铝铬共渗的防护涂料在铝铬共渗时保温大于等于20h；

将所述铝铬共渗的防护涂料涂覆在部件的非渗层部位，所述铝铬共渗的防护涂料涂覆4～5层形成防护层，再进行铝铬共渗，部件铝铬共渗完成后将所述防护层剥落。

2.根据权利要求1所述的铝铬共渗的防护涂料的制备方法，其特征在于，

所述金属镍、金属铬、金属铝、氧化锆和粘结剂的体积比为4.8∶0.9∶0.3∶4∶10。

3.根据权利要求1所述的铝铬共渗的防护涂料的制备方法，其特征在于，

所述粉碎处理采用球磨机处理，处理时间为20h～30h。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的铝铬共渗的防护涂料在部件的铝铬共渗防护中的应用。

5.根据权利要求4所述的铝铬共渗的防护涂料在部件的铝铬共渗防护中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

将所述铝铬共渗的防护涂料涂覆在所述部件的非渗层部位，所述铝铬共渗的防护涂料涂覆4～5层形成防护层，再进行铝铬共渗，所述部件铝铬共渗完成后将所述防护层剥落。

6.根据权利要求5所述的铝铬共渗的防护涂料在部件的铝铬共渗防护中的应用，其特征在于，

所述防护层形成的具体步骤为：将所述铝铬共渗的防护涂料涂覆所述非渗层部位，形成的涂层厚度为1mm～1.5mm，烘干固化后再涂覆第二层，直至涂覆至第四层或第五层后形成所述防护层。

7.根据权利要求5所述的铝铬共渗的防护涂料在部件的铝铬共渗防护中的应用，其特征在于，

所述防护层形成后还包括对所述防护层修整处理，以去除渗层部位上多余的所述防护涂料。