CN114540748A - 稀土增强高温渗铝浆料及其涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属表面高温防护技术领域，具体涉及稀土增强高温渗铝浆料及其涂层制备方法。针对现有渗层在高温下容易氧化、脱落、失效的问题，本发明提供了稀土增强高温渗铝浆料，其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂35～60％，稀土增强剂1～5％，Al粉30～50％，Si粉5～10％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸6～15％，氢氧化铝2～5％，锆溶胶5～10％，氧化镁1.5～3％，铬酐1～3％，余量为水。由于稀土元素的掺杂，本发明渗层最高应用温度可达1100℃，热稳定性能更优。

Description

稀土增强高温渗铝浆料及其涂层制备方法
技术领域
本发明属于金属表面高温防护技术领域，具体涉及稀土增强高温渗铝浆料及其涂层制备方法。
背景技术
镍基合金、钴基合金的高温防护多采用高温渗铝扩散工艺，目前在航空、燃气轮机等高温零部件上广泛应用。其最主要的渗铝方法有：浆料法渗铝、固体粉末渗铝、气体粉末渗铝。其中浆料法渗铝具有操作简单、涂层均匀等优点，被广泛使用，如专利CN109295412A采用浆料渗铝方法，采用铝粉、硝基清漆、乙酸异戊脂等按照一定方法配制成料浆后，按照清洗-吹砂-喷涂-真空扩散热处理工序，在高温合金表面形成厚度均匀、连续的渗铝层从而提高了高温合金材料的抗氧化性能和耐腐蚀性能，但浆料存在有机溶剂，环境影响较大。专利CN102936713A采用铝硅料浆制备渗铝硅涂层，制备的铝硅渗层具有优良的耐高温和抗氧化性能。但单纯的铝硅渗层由于高温氧化生成氧化铝中间层，从而导致渗层脱落、失效。因此，亟需研究一种既能保障渗层的高温抗氧化性，提高渗层的韧性，又能延缓氧化铝中间层生成的高温渗铝浆料用于渗铝涂层。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明首先提供了稀土增强高温渗铝浆料，其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂35～60％，稀土增强剂1～5％，Al粉30～50％，Si粉5～10％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸6～15％，氢氧化铝2～5％，锆溶胶5～10％，氧化镁1.5～3％，铬酐1～3％，余量为水。
优选地，所述稀土增强高温渗铝浆料，其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂45％，稀土增强剂5％，Al粉45％，Si粉5％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸10％，氢氧化铝3％，锆溶胶5％，氧化镁2％，铬酐3％，余量为水。
优选地，所述粘结剂中的水为去离子水。
其中，所述稀土增强剂为氧化镧、氧化钇或氧化钆的一种或几种。
其中，所述浆料pH值为1.5～3。
其中，所述浆料中，Al粉、Si粉为球形。
进一步地，所述Al粉、Si粉粒径为1～10微米。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述稀土增强高温渗铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
按重量配方比将磷酸、氢氧化铝、铬酐、水混合后，搅拌反应，再将配方量的氧化镁分散均匀，再加入锆溶胶、稀土增强剂，分散均匀后加入Al粉、Si粉继续搅拌均匀后，即得。
本发明还提供了上述稀土增强高温渗铝浆料的使用方法，包括以下步骤：将稀土增强高温渗铝浆料涂覆到基材上，在真空或惰性气体保护下，经热处理，制备得到稀土增强高温渗铝涂层。
其中，所述的基材为高温合金、碳钢或不锈钢。
其中，所述的涂覆包括：浸涂、刷涂或喷涂方式。
其中，浆料涂覆厚度30～100微米。
其中，所述的热处理依次经过低温热处理和高温热处理两个阶段：低温段温度80～120℃，保温≥30min；高温段温度800～1000℃，保温≥120min。
本发明还提供上述稀土增强高温渗铝浆料作为稀土增强高温渗铝涂层的用途。
有益效果：
与现有技术相比，本发明通过加入稀土氧化物作为增强剂，通过稀土与浆料中Al、Cr、Si元素共渗，在高温合金基体上生成金属的AlSiCr稀土化合物，相比单纯Al、Si渗层，本发明稀土增强高温渗铝浆料制备的稀土增强高温渗铝涂层具有更高的耐高温和耐腐蚀性能，具有更优异的热疲劳性能。且由于稀土元素的掺杂，渗层最高应用温度可达1100℃，热稳定性能更优。
具体实施方式
本发明提供了一种新型的高温渗铝浆料，通过稀土改性增强。本发明的浆料在高温合金基材上形成一层AlSiCr稀土的化合物渗层，其中Al元素的加入，有效提高了渗层的高温抗氧化性能，而稀土的加入则进一步提高了渗层的高温稳定性，提高了渗层的耐高低温循环冲击性能，Cr的加入则有益于渗层的耐高温盐雾腐蚀性能。Si元素的加入，则有益于渗层的高温耐磨性能。其中进一步提升了传统高温渗铝涂层的耐高温热腐蚀、热疲劳腐蚀性能。
因此，本发明提供了稀土增强高温渗铝浆料，其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂35～60％，稀土增强剂1～5％，Al粉30～50％，Si粉5～10％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸6～15％，氢氧化铝2～5％，锆溶胶5～10％，氧化镁1.5～3％，铬酐1～3％，余量为水。
优选地，所述稀土增强高温渗铝浆料，其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂45％，稀土增强剂5％，Al粉45％，Si粉5％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸10％，氢氧化铝3％，锆溶胶5％，氧化镁2％，铬酐3％，余量为水。
优选地，所述粘结剂中的水为去离子水。
其中，所述稀土增强剂为氧化镧、氧化钇或氧化钆的一种或几种。
其中，所述浆料pH值为1.5～3。
其中，所述浆料中，Al粉、Si粉为球形。
进一步地，所述Al粉、Si粉粒径为1～10微米。
本发明还上述稀土增强高温渗铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
按重量配方比将磷酸、氢氧化铝、铬酐、水混合后，搅拌反应，再将配方量的氧化镁分散均匀，再加入锆溶胶、稀土增强剂，分散均匀后加入Al粉、Si粉继续搅拌均匀后，即得。
本发明还进一步提供了上述稀土增强高温渗铝浆料的使用方法，包括以下步骤：将稀土增强高温渗铝浆料涂覆到基材上，在真空或惰性气体保护下，经热处理，制备得到稀土增强高温渗铝涂层。
其中，所述的基材为高温合金、碳钢或不锈钢。
其中，所述的涂覆包括：浸涂、刷涂或喷涂方式。
其中，浆料涂覆厚度30～100微米。
其中，所述的热处理依次经过低温热处理和高温热处理两个阶段：低温段温度80～120℃，保温≥30min；高温段温度800～1000℃，保温≥120min。本发明先在低温条件下将浆料固化，然后再在高温条件下促进浆料中离子扩散，通过分段热处理更有利于浆料中物质的反应从而获得性能分布均匀的高温渗铝涂层。
本发明最后提供上述稀土增强高温渗铝浆料作为稀土增强高温渗铝涂层的用途。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例
实施例1～3均为制备本发明稀土增强高温渗铝涂层。其原料及重量百分含量如表1所示；
表1 稀土增强高温渗铝浆料原料组成
Figure BDA0003486018200000031
Figure BDA0003486018200000041
按表1中的配方量称取磷酸、氢氧化铝、铬酐、去离子水混合，搅拌反应制得无机磷酸盐成膜剂，再将配方量的氧化镁、锆溶胶缓慢加入粘结剂中，分散均匀，后加入Al粉、Si粉、稀土氧化物继续搅拌均匀，分别得到高温稀土增强渗铝浆料实施例1～3、对比例1～2。即可进行涂层制备。
采用喷涂的方式，在高温镍基合金试片上涂敷高温稀土增强渗铝浆料，厚度60～80微米，在真空炉或惰性气体保护炉下，低温100℃固化30min，后加热至900℃，保温120min，制备得到高温稀土增强渗铝涂层。
对实施例和对比例制备得到的涂层进行性能测试，结果如下表2所示。
表2 制备的涂层性能表
Figure BDA0003486018200000042
由实施例1～3和对比例1、2结果可知，与对比例相比，本发明的涂层具有1100℃耐高温热腐蚀性能，优异的热疲劳性能。且施工成本较低、施工效率高。具有重要的应用价值。

Claims (10)

1.稀土增强高温渗铝浆料，其特征在于：其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂35～60％，稀土增强剂1～5％，Al粉30～50％，Si粉5～10％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸6～15％，氢氧化铝2～5％，锆溶胶5～10％，氧化镁1.5～3％，铬酐1～3％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的稀土增强高温渗铝浆料，其特征在于：其原料组分按重量百分比计，包括粘结剂45％，稀土增强剂5％，Al粉45％，Si粉5％；其中，所述粘结剂的组成按占整个稀土增强高温渗铝浆料原料组分质量百分比计，包括：磷酸10％，氢氧化铝3％，锆溶胶5％，氧化镁2％，铬酐3％，余量为水。
3.根据权利要求1或2所述的稀土增强高温渗铝浆料，其特征在于：所述稀土增强剂为氧化镧、氧化钇或氧化钆的一种或几种。
4.根据权利要求1～3任一项所述的稀土增强高温渗铝浆料，其特征在于：所述浆料pH值为1.5～3。
5.根据权利要求1～4任一项所述的稀土增强高温渗铝浆料，其特征在于：所述浆料中，Al粉、Si粉为球形；所述Al粉、Si粉粒径为1～10微米。
6.稀土增强高温渗铝浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
按重量配方比将磷酸、氢氧化铝、铬酐、水混合后，搅拌反应，再将配方量的氧化镁分散均匀，再加入锆溶胶、稀土增强剂，分散均匀后加入Al粉、Si粉继续搅拌均匀后，即得。
7.稀土增强高温渗铝浆料的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：将稀土增强高温渗铝浆料涂覆到基材上，在真空或惰性气体保护下，经热处理，制备得到稀土增强高温渗铝涂层。
8.根据权利要求7所述的稀土增强高温渗铝浆料的使用方法，其特征在于：满足以下至少一项：
所述的基材为高温合金、碳钢或不锈钢；
所述的涂覆包括：浸涂、刷涂或喷涂方式；
浆料涂覆厚度30～100微米。
9.根据权利要求7或8所述的稀土增强高温渗铝浆料的使用方法，其特征在于：所述的热处理依次经过低温热处理和高温热处理两个阶段：低温段温度80～120℃，保温≥30min；高温段温度800～1000℃，保温≥120min。
10.稀土增强高温渗铝浆料作为稀土增强高温渗铝涂层的用途。
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