CN113789556A - 一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法以及复合粘结层 - Google Patents

一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法以及复合粘结层 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法以及复合粘结层，涉及涂层制备技术领域。本发明提供了一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法，包括以下步骤：在基体表面依次电镀Ru和电镀Pt，得到Ru‑Pt复合镀层；将所述Ru‑Pt复合镀层进行真空热处理，得到Pt‑Ru‑Pt复合镀层；将所述Pt‑Ru‑Pt复合镀层进行化学气相沉积渗铝，得到复合粘结层。本发明制备的复合粘结层与基体结合强度高，具有良好的抗氧化性和阻扩散性。而且本发明的制备方法简便、生产效率高，适宜推广应用。

Description

一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法 以及复合粘结层
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，具体涉及一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法以及复合粘结层。
背景技术
随着航空技术的发展，对发动机推重比有了更高的要求。先进航空发动机推重比的增加可以使航空飞行器具有更为强劲的动力支持和更加稳定耐用的可靠性能，而提高推重比的关键性因素在于提高涡轮前进口温度，这对于工作在高温高压环境下的涡轮叶片是一大挑战，在高温度、强氧化、高应力、复杂的环境中，热端部件能否稳定持久的发挥作用是高性能航空发动机材料所必须面对的问题。
以现有的高温合金体系来讲，其承温能力难以满足航空发动机高推重比的要求，为了提高高温合金的使用温度，在高温合金外层通过一定的工艺手段沉积涂层起到隔热及抗高温氧化的作用，使热端部件如涡轮叶片与燃烧室内的高温燃气之间产生一定的温降，从而使燃烧室温度升高、燃烧效率提高的同时，高温合金基体能够在较低的温度下工作，并且能够抵御外界环境的热腐蚀和高温氧化，延长热端部件的使用寿命，提高其稳定性。于是热障涂层便成了高温合金必不可少的“防护衣”。
热障涂层主要由粘结层和陶瓷顶层构成，其中粘结层起到协调陶瓷层和高温合金基体之间热膨胀系数相差较大的问题，同时能够保护高温合金基体不被氧化。在粘结层中，一个比较严重的问题是与高温合金基体之间的互扩散，粘结层中Al向基体扩散，基体中的难熔元素如Re、W、Mo等向粘结层扩散，形成二次反应区(SRZ)，难熔元素的富集导致TCP相的生成，这些都会严重影响高温合金基体的力学性能。
目前的研究表明，Ru具有良好的阻扩散性，可以作为粘结层中的阻扩散层减少涂层和基体之间的互扩散现象，但RuAl的抗氧化性能差，并且与基体之间的结合力差，制备的涂层易脱落。例如EB-PVD技术制备得到的RuAl层为柱状晶结构，热导率高，隔热性差，并且设备成本高，制备周期长、效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法以及复合粘结层，本发明制备的复合粘结层与基体结合强度高，具有良好的抗氧化性和阻扩散性，热导率低，隔热性好。而且本发明的制备方法简便、生产效率高，适宜推广应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法，包括以下步骤：
在基体表面依次电镀Ru和电镀Pt，得到Ru-Pt复合镀层；
将所述Ru-Pt复合镀层进行真空热处理，得到Pt-Ru-Pt复合镀层；
将所述Pt-Ru-Pt复合镀层进行化学气相沉积渗铝，得到复合粘结层。
优选地，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液中钌元素含量为10～20g/L。
优选地，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液包括钌盐30～35g/L，磷酸50～60mL/L，磷酸二氢钾110～130g/L。
优选地，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液的pH值为1.5～2.0；电镀Ru的温度为70～75℃。
优选地，所述电镀Pt时采用的镀Pt溶液为P盐溶液。
优选地，所述真空热处理包括依次进行的第一真空热处理和第二真空热处理；所述第一真空热处理的温度为200～280℃，时间为6～12h；所述第二真空热处理的温度为900～1040℃，时间为2～10h；
所述真空热处理过程中真空度保持在10-4～10-3Pa。
优选地，所述化学气相沉积渗铝包括：将渗铝剂置于炉体下方，所述Pt-Ru-Pt复合镀层置于炉体上方，炉内以5～10℃/min的升温速率达到950～1040℃，第一保温1～2h；所述第一保温结束后通入温度为200～300℃的氯化氢气体和氢气，第二保温2～4h，形成渗铝层。
优选地，所述渗铝剂包括圆柱状铝粒。
优选地，电镀Ru前，还包括对所述基体进行预处理；所述预处理包括依次进行的清洗和活化；所述活化包括依次进行的酸洗和冲击镀镍。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的复合粘结层，包括依次叠层设置在基体表面的第一Pt层、Ru层、第二Pt层和渗铝层。
本发明提供了一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法，本发明采用电镀工艺在基体表面依次沉积一定厚度的Ru层和Pt层，沉积速率快，镀层厚度可控，经真空热处理后，Pt通过扩散穿过Ru层与基体紧密结合，得到了具有Pt层-Ru层-Pt层结构的工件，不仅解决了Ru与基体结合力差的问题，而且相比于传统技术更为简便；渗铝采用化学气相沉积工艺，气相渗铝属于化学热处理工艺，在高温下，渗铝剂通过扩散与工件表面均匀结合，从而形成一定深度的渗铝层。
本发明采用电镀法实现Ru和Pt在基体上的沉积，相比于成本更高的EB-PVD工艺，电镀工艺的沉积速率更高，涂层的热导率低，涂层材料的成分控制较为方便准确，能够实现尺寸更大、形状更为复杂的工件表面的均匀沉积，而且不会产生EB-PVD工艺所带来的“阴影效应”。而且，电镀工艺对设备要求低、工艺流程简单、成本低廉。电镀后的试样经真空热处理后采用化学气相沉积(CVD)渗铝工艺制备Ru-Pt-Al涂层，相比于时间长、能耗大、效率低的粉末包埋渗铝工艺，采用化学气相沉积法渗铝能够准确地的控制渗层成分和深度，获得渗层均匀、一致性好、深度符合设计标准要求的铝化物层。
在本发明中，使用电镀Ru和电镀Pt结合化学气相沉积渗铝制备的复合粘结层与基体结合良好，能够提高复合粘结层与基体的附着力，其中化学气相沉积工艺相比于包埋渗技术，能够更准确的控制渗铝层的铝含量，能够实现渗剂与工件的非接触扩散，因此渗铝层更加均匀，并且可以对具有复杂形状的工件进行渗铝，避免了包埋渗过程中有孔工件渗剂难以清除的问题。
实施例结果表明，本发明通过工艺手段将Ru在高温合金涂层中的稳定组织和阻扩散性以及Pt的抗高温氧化能力结合在一起，制备了Ru改性PtAl涂层，实现了合金/涂层界面在1200℃下抗氧化性能和组织稳定性的提高。
附图说明
图1为实施例1制备的覆有复合粘结层的试样的SEM图；
图2为实施例1制备的覆有复合粘结层的试样的EDS图；
图3为实施例1制备的复合粘结层的相组成图；
图4为对比例1制备的覆有复合粘结层的试样的SEM图；
图5为对比例1制备的覆有复合粘结层的试样的EDS图；
图6为对比例1制备的复合粘结层的相组成图；
图7为高温合金基体、实施例1和对比例1制备的覆有复合粘结层的试样的循环氧化效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法，包括以下步骤：
在基体表面依次电镀Ru和电镀Pt，得到Ru-Pt复合镀层；
将所述Ru-Pt复合镀层进行真空热处理，得到Pt-Ru-Pt复合镀层；
将所述Pt-Ru-Pt复合镀层进行化学气相沉积渗铝，得到复合粘结层。
本发明在基体表面依次电镀Ru和电镀Pt，得到Ru-Pt复合镀层。在本发明中，所述基体优选为高温合金基体，更优选为单晶高温合金基体。
在本发明中，所述基体在电镀前优选进行预处理；所述预处理优选包括依次进行的清洗和活化。在本发明中，所述清洗优选包括依次进行的磨光处理、喷砂处理、乙醇洗和水洗。在本发明中，所述磨光处理优选包括：使用60#、240#、400#、600#、1000#的SiC水磨砂纸依次对基体的表面和侧面进行磨光处理。在本发明中，所述喷砂处理优选包括：采用40目的刚玉砂对磨光处理后的试样进行干喷砂2～3min。本发明优选在喷砂处理后吹去表面残留的沙粒。在本发明中，所述乙醇洗优选包括：将喷砂处理后的试样在无水乙醇中超声清洗5min。在本发明中，所述水洗优选为去离子水洗。
本发明通过清洗，去除基体表面的杂质，有利于提高镀层的均匀性。
在本发明中，所述活化优选包括依次进行的酸洗和冲击镀镍。在本发明中，所述酸洗优选包括：将清洗后的试样在稀盐酸中润洗30s；所述稀盐酸的浓度优选为130～150g/L。
本发明优选在酸洗后，将所得酸洗试样用去离子水冲洗干净，再进行冲击镀镍。
在本发明中，所述冲击镀镍采用的冲击镀镍溶液优选以氨基磺酸镍为主盐；所述冲击镀镍溶液中氨基磺酸镍的浓度优选为20～50g/L。
在本发明的具体实施例中，所述冲击镀镍的阴极为酸洗试样，阳极为铂金钛网；酸洗试样表面正对铂金钛网。本发明采用铂金钛网作为阳极能够保证阳极材料在电镀的过程中保持良好的导电性，不发生氧化腐蚀等反应，并且网状结构可以使得阳极析出的气体及时逸散，避免气泡附着影响导电性。
在本发明中，所述阳极和阴极之间的距离优选为15～25cm，更优选为20cm。在本发明中，阴阳极之间保持足够的距离防止因距离过小导致电场线分布不均匀。
在本发明中，所述冲击镀镍优选采用恒流源，电流密度优选为1～3ASD，更优选为2ASD。本发明限定上述电流密度，能够保证较好的冲击镀镍效果，同时避免发生副反应。在本发明中，所述冲击镀镍的时间优选为1min，具体优选为将酸洗试样两面分别正对着铂金钛网各电镀1min，保证试样各处镀层均匀。
本发明在电镀Ru和电镀Pt前进行冲击镀镍，能够对样品表面进行活化，作为电镀的前处理步骤，使后续电镀的涂层更容易附着在试样表面，冲击镀镍的时间短，冲击镀层很薄，不影响后续制备的复合粘结层的性质。
本发明优选在所述冲击镀镍后，将所得试样用去离子水冲洗干净，得到预处理后的基体。
基体经过上述预处理后，本发明在预处理后的基体表面依次电镀Ru和电镀Pt，得到Ru-Pt复合镀层。在本发明中，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液中钌元素含量优选为10～20g/L。在本发明中，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液优选包括钌盐30～35g/L，磷酸50～60mL/L，磷酸二氢钾110～130g/L；更优选包括钌盐32.5g/L，磷酸50mL/L，磷酸二氢钾110g/L。在本发明中，所述钌盐优选为亚硝基氯化钌、钌酸钾和硫酸钌中的一种或几种，更优选为钌酸钾，进一步优选为四氯水合钌酸钾。本发明采用上述镀Ru溶液在电镀过程中效率稳定，小批量试样电镀过程中无需频繁添加溶质，在稳定的电流密度下副反应少。在本发明中，所述镀Ru溶液的溶剂优选为去离子水。
在本发明中，所述镀Ru溶液的pH值优选为1.5～2.0，更优选为1.7。本发明优选采用磷酸-磷酸二氢钾缓冲溶液调节所述镀Ru溶液的pH值。在本发明中，所述电镀Ru的温度优选为70～75℃。
在本发明的具体实施例中，所述电镀Ru的阴极为预处理后的基体，阳极为铂金钛网；所述阳极和阴极之间的距离优选为15～25cm，更优选为20cm。
在本发明中，所述电镀Ru优选采用恒流源，电流密度优选为1～3ASD，更优选为1ASD。在本发明中，所述电镀Ru的时间优选为25～30min。在本发明中，优选将所述预处理后的基体的两面分别正对铂金钛网电镀25～30min。
本发明优选在所述电镀Ru后，将所得试样用去离子水冲洗干净，得到镀Ru层的试样。
本发明在所述镀Ru层的试样表面电镀Pt，得到Ru-Pt复合镀层。在本发明中，所述电镀Pt时采用的镀Pt溶液优选为P盐溶液。在本发明中，所述P盐溶液中P盐的浓度优选为10～20g/L。在本发明中，所述P盐溶液的溶剂优选为水，更优选为去离子水。在本发明中，所述P盐溶液的制备方法优选包括：将P盐、氨水和水混合，待P盐溶解后在85～95℃下水浴加热并搅拌40～60min，然后静置12～15h，得到P盐溶液。本发明优选分批多次加入氨水作为助溶剂加快P盐的溶解速度。本发明在P盐溶解后水浴加热并搅拌，能够使溶液中多余的氨水挥发。
在本发明中，所述电镀Pt的温度优选为90～95℃。
在本发明的具体实施例中，所述电镀Pt的阴极为镀Ru层的试样，阳极为铂金钛网；所述阳极和阴极之间的距离优选为15～25cm，更优选为20cm。
在本发明中，所述电镀Pt优选采用恒流源，电流密度优选为1～3ASD，更优选为1ASD。在本发明中，所述电镀Pt的时间优选为15～20min。在本发明中，优选将所述镀Ru层的试样的两面分别正对铂金钛网电镀15～20min。
本发明优选在所述电镀Pt后，将所得试样用去离子水冲洗干净，吹干，得到Ru-Pt复合镀层。
得到Ru-Pt复合镀层后，本发明将所述Ru-Pt复合镀层进行真空热处理，得到Pt-Ru-Pt复合镀层。在本发明中，优选将镀有Ru-Pt复合镀层的试样进行真空热处理，得到镀有Pt-Ru-Pt复合镀层的试样。
在本发明中，所述真空热处理优选包括依次进行的第一真空热处理和第二真空热处理；所述第一真空热处理的温度优选为200～280℃，时间优选为6～12h，更优选为6h；所述第二真空热处理的温度优选为900～1040℃，时间优选为2～10h，更优选为2h。
在本发明中，所述真空热处理过程中真空度保持在10-4～10-3Pa。
得到Pt-Ru-Pt复合镀层后，本发明将所述Pt-Ru-Pt复合镀层进行化学气相沉积渗铝，得到复合粘结层。本发明优选将镀有Pt-Ru-Pt复合镀层的试样进行化学气相沉积渗铝，得到覆有复合粘结层的试样。
在本发明中，所述化学气相沉积渗铝优选包括：将渗铝剂置于炉体下方，镀有Pt-Ru-Pt复合镀层的试样置于炉体上方，炉内以5～10℃/min的升温速率达到950～1040℃，第一保温1～2h；所述第一保温结束后通入温度为200～300℃的氯化氢气体和氢气，第二保温2～4h，形成渗铝层。在本发明中，进行所述第一保温的气氛优选为氩气；所述第一保温的压强优选为15～30kPa，更优选为20～25kPa。在本发明中，所述氯化氢气体和氢气的体积比优选为0.3～0.6：8；所述氯化氢气体的流量优选为0.3～0.6SLM，氢气的流量优选为8～12SLM。
本发明优选在所述第二保温结束后将所得试样随炉冷却，得到覆有复合粘结层的试样。
在本发明中，所述渗铝剂优选包括圆柱状铝粒；所述圆柱状铝粒的高度优选为8～12mm，更优选为10mm；所述圆柱状铝粒的直径优选为5～8mm，更优选为6mm。
在本发明中，渗铝剂与HCl和H2气流反应生成三氯化铝，三氯化铝在高温下进一步反应生成活性较大的二氯化铝和一氯化铝，与基体表面的镍发生反应获得β-(Ni-Al)相。
在本发明中，所述第一保温过程中，使试样达到渗铝所需要的温度；所述第二保温过程中，通入反应室的HCl和H2气流与渗铝剂发生反应生成三氯化铝，三氯化铝在高温下和渗铝剂与H2进一步反应生成高活性的二氯化铝和一铝化铝，二氯化铝和一氯化铝与基体反应生成内扩散型的渗铝层。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的复合粘结层，包括依次叠层设置在基体表面的第一Pt层、Ru层、第二Pt层和渗铝层。在本发明中，所述第一Pt层的厚度优选为3～6μm，更优选为3μm；Ru层的厚度优选为3～5μm，更优选为3μm；第二Pt层的厚度优选为3～6μm，更优选为3μm；渗铝层的厚度优选为20～25μm。
在本发明中，所述复合粘结层的相结构优选为Ni-(Pt，Ru)-Al相，具体包括NiAl、RuAl和PtAl2。经过高温循环氧化后，表面氧化膜的成分主要为α-Al2O3。
本发明提供的复合粘结层经过1200℃/100h的循环氧化后，结果表明，该涂层在以IC21合金为基体的试样上能够实现完全抗氧化的标准，其氧化速率为0.0268g/(m2·h)，氧化膜剥落量为0.23g/m2，符合HB5258-2000中关于完全抗氧化标准的规定。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
第一步：基体的预处理
(1)将实验所用单晶合金基体(IC21单晶高温合金)通过线切割制成厚度为3mm，直径为15mm±0.3mm的小圆片，通过电火花打孔在圆片两端打孔直径1mm的圆，制得第一试样。
(2)取第一试样使用60#、240#、400#、600#、1000#的SiC水磨砂纸依次进行表面和侧面的磨光处理，制得第二试样。
(3)对第二试样使用40目的刚玉砂进行干喷砂2～3min，第二试样的正反面和侧面均匀喷砂，喷砂后吹去表面残留沙粒，在无水乙醇中进行超声清洗5min洗去表面残留物，制得第三试样。
(4)取第三试样用去离子水冲洗干净，在120mL/L的稀盐酸中润洗30s进行活化，获得第四试样。
(5)取第四试样用去离子水冲洗干净，在浓度为30g/L的氨基磺酸镍溶液中，以第四试样为阴极，铂金钛网为阳极，连接恒流源，以2ASD的电流密度进行冲击镀镍，第四试样表面正对铂金钛网，阴阳极之间的距离为20cm，第四试样的两面分别正对着铂金钛网各电镀1min，获得第五试样。
第二步：电镀Ru和电镀Pt
(1)取第五试样用去离子水冲洗干净，在镀Ru溶液中，以第五试样为阴极，铂金钛网为阳极，连接恒流源，以1ASD的电流密度进行镀Ru，第五试样的两面分别正对铂金钛网电镀30min，得到第六试样。
镀Ru溶液：四氯水合钌酸钾32.5g/L，磷酸50mL/L，磷酸二氢钾110g/L，镀Ru溶液的pH值为1.7，电镀Ru时温度保持在75℃。
(2)取第六试样用去离子水冲洗干净，在镀Pt溶液中，以第六试样为阴极，铂金钛网为阳极，连接恒流源，以1ASD的电流密度进行镀Pt，第六试样的两面分别正对铂金钛网电镀18min，得到第七试样。
镀Pt溶液：P盐溶液(亚硝酸二胺合铂溶液)。
第三步：真空热处理
取第七试样用去离子水冲洗、吹干后，在真空热处理炉中进行280℃/6h+1040℃/2h的热处理，真空度保持在10-4～10-3Pa，获得第八试样。
第四步：化学气相沉积渗铝制备Ru改性PtAl涂层
取第八试样放在夹具中进炉，渗铝剂位于下方，第八试样位于上方，炉内充入氩气，以10℃/min的升温速率达到960℃，压强为25kPa，保温2h。然后通入温度为200～300℃的氯化氢气体和氢气，氯化氢气体和氢气的体积比为0.6：8；所述氯化氢气体的流量为0.6SLM，氢气的流量为8SLM，保温4h，通过反应形成渗铝层；所述渗铝剂为高度10mm、直径6mm的圆柱状高纯铝粒。
试样随炉冷却后开罐出炉，得到覆有复合粘结层的试样。
测试例1
(1)将实施例1制备的覆有复合粘结层的试样进行SEM观察和EDS分析，观察涂层/基体的结合情况、涂层厚度、渗铝深度及元素分布情况，如图1～2所示。
由图1可以看出，制备完成的涂层和基体之间结合紧密，界面处没有裂纹空洞的形成，涂层和基体之间有明显的互扩散区出现。
由图2可以看出，涂层界面的元素分布情况，其中Ru层在真空热处理的过程中发生轻微的扩散，而Pt层在热处理的过程中一部分穿过Ru层进入基体中，实现了复合粘结层和基体之间的紧密结合，Al元素的分布表明通过渗铝形成了一定厚度的渗铝层，这是良好的抗氧化性能的保证。
(2)通过XRD确定涂层/基体界面的相组成，如图3所示，结果表明本发明制备的复合粘结层的组成相为NiAl、RuAl、PtAl2。
对比例1
第一步：基体的预处理
(1)将实验所用单晶合金基体(IC21单晶高温合金)通过线切割制成厚度为3mm，直径为15mm±0.3mm的小圆片，通过电火花打孔在圆片两端打孔直径1mm的圆，制得第一试样。
(2)取第一试样使用60#、240#、400#、600#、1000#的SiC水磨砂纸依次进行表面和侧面的磨光处理，制得第二试样。
(3)对第二试样使用40目的刚玉砂进行干喷砂2～3min，第二试样的正反面和侧面均匀喷砂，喷砂后吹去表面残留沙粒，在无水乙醇中进行超声清洗5min洗去表面残留物，制得第三试样。
(4)取第三试样用去离子水冲洗干净，在120mL/L的稀盐酸中润洗30s进行活化，获得第四试样。
(5)取第四试样用去离子水冲洗干净，在浓度为50g/L的氨基磺酸镍溶液中，以第四试样为阴极，铂金钛网为阳极，连接恒流源，以2ASD的电流密度进行冲击镀镍，第四试样表面正对铂金钛网，阴阳极之间的距离为20cm，第四试样的两面分别正对着铂金钛网各电镀1min，获得第五试样。
第二步：电镀Pt和电镀Ru
(1)取第五试样用去离子水冲洗干净，在镀Pt溶液中，以第五试样为阴极，铂金钛网为阳极，连接恒流源，以1ASD电流密度的恒定电流进行镀Pt，第五试样的两面分别正对铂金钛网电镀18min，得到第六试样。
镀Pt溶液：P盐溶液(亚硝酸二胺合铂溶液)。
(2)取第六试样用去离子水冲洗干净，在镀Ru溶液中，以第六试样为阴极，铂金钛网为阳极，连接恒流源，以1ASD的电流密度进行镀Ru，第六试样的两面分别正对铂金钛网电镀30min，得到第七试样。
镀Ru溶液：四水合钌酸钾32.5g/L，磷酸50mL/L，磷酸二氢钾110g/L，镀Ru溶液的pH值为1.7，电镀Ru时温度保持在75℃。
第三步：真空热处理
取第七试样用去离子水冲洗、吹干后，在真空热处理炉中进行280℃/6h+1040℃/2h的热处理，真空度保持在10-4～10-3Pa，获得第八试样。
第四步：化学气相沉积渗铝制备Ru改性PtAl涂层
取第八试样放在夹具中进炉，渗铝剂位于下方，第八试样位于上方，炉内充入氩气，以10℃/min的升温速率达到960℃，压强为25kPa，保温2h。然后通入温度为200～300℃的氯化氢气体和氢气，氯化氢气体和氢气的体积比为0.6：8；所述氯化氢气体的流量为0.6SLM，氢气的流量为8SLM，保温4h，通过反应形成渗铝层；所述渗铝剂为高度10mm、直径6mm的圆柱状高纯铝粒。
试样随炉冷却后开罐出炉，得到覆有复合粘结层的试样。
测试例2
(1)将对比例1制备的覆有复合粘结层的试样进行SEM观察和EDS分析，观察涂层/基体的结合情况、涂层厚度、渗铝深度及元素分布情况，如图4～5所示。
由图4可以看出，内层电镀的Pt层与基体之间的互扩散区明显，实现了与基体间良好的结合性，外层的Ru经过真空热处理后与Pt层之间有互扩散，涂层中没有裂纹孔洞的形成。
由图5可以看出，涂层截面的元素分布情况，外层的Ru扩散不明显，内层的Pt不仅与基体之间有互扩散，而且与Ru层之间也有扩散，实现了涂层与基体，涂层与涂层之间的紧密结合。
(2)通过XRD确定涂层/基体界面的相组成，如图6所示，结果表明涂层的组成相为NiAl、RuAl、PtAl2。
(3)将实施例1和对比例1制备的覆有复合粘结层的试样进行1200℃/100h的循环氧化实验，记录不同时间点的氧化增重情况。同时作为对照，取高温合金基体进行1200℃的循环氧化实验，记录不同时间点的氧化增重情况，对比有涂层的基体和无涂层的基体抗氧化性能的差别，如图7和表1所示。
表1 IC21单晶高温合金、实施例1和对比例1制备的覆有复合粘结层的试样的抗氧化性能对比结果
Figure BDA0003265402130000121
由图7和表1可以看出，相比于裸合金，制备了涂层的试样抗氧化性能有了明显的提高，按照《HB5258-2000钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法》的标准达到了抗氧化的标准，而裸合金在氧化过程中剥落严重，总增重呈直线规律，抗氧化性能为不抗氧化。而且先电镀Ru再电镀Pt，能够显著提高合金的抗氧化效果。
相比于现有的PtAl扩散层粘结层，本发明加入了Ru层作为内层起到了阻扩散的作用，对于高Mo含量的合金来说，能够有效阻止Mo向外扩散氧化挥发，减少了W、Re等元素向外扩散，降低了TCP相的形成趋势，从而保证了高温合金基体的组织稳定性。从抗氧化性能方面来说，现有的PtAl扩散层以同样的合金为基体在1200℃/100h的循环氧化条件下，氧化速率为0.0379g/(m2·h)，而本发明设计的Ru改性PtAl涂层在同样的实验条件下，氧化速率为0.0268g/(m2·h)，实现了更好的抗氧化效果。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用电镀与化学气相沉积相结合制备复合粘结层的方法，包括以下步骤：
在基体表面依次电镀Ru和电镀Pt，得到Ru-Pt复合镀层；
将所述Ru-Pt复合镀层进行真空热处理，得到Pt-Ru-Pt复合镀层；
将所述Pt-Ru-Pt复合镀层进行化学气相沉积渗铝，得到复合粘结层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液中钌元素含量为10～20g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液包括钌盐30～35g/L，磷酸50～60mL/L，磷酸二氢钾110～130g/L。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电镀Ru采用的镀Ru溶液的pH值为1.5～2.0；电镀Ru的温度为70～75℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀Pt时采用的镀Pt溶液为P盐溶液。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空热处理包括依次进行的第一真空热处理和第二真空热处理；所述第一真空热处理的温度为200～280℃，时间为6～12h；所述第二真空热处理的温度为900～1040℃，时间为2～10h；
所述真空热处理过程中真空度保持在10-4～10-3Pa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积渗铝包括：将渗铝剂置于炉体下方，所述Pt-Ru-Pt复合镀层置于炉体上方，炉内以5～10℃/min的升温速率达到950～1040℃，第一保温1～2h；所述第一保温结束后通入温度为200～300℃的氯化氢气体和氢气，第二保温2～4h，形成渗铝层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述渗铝剂包括圆柱状铝粒。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电镀Ru前，还包括对所述基体进行预处理；所述预处理包括依次进行的清洗和活化；所述活化包括依次进行的酸洗和冲击镀镍。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的复合粘结层，包括依次叠层设置在基体表面的第一Pt层、Ru层、第二Pt层和渗铝层。
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