CN114657544B - 一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺及钴铝渗层 - Google Patents
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Abstract
一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺及钴铝渗层，该方法包括以下步骤：采用活化液对内腔表面进行活化，在所述内腔表面形成微晶层；采用化学镀液对具有微晶层的内腔表面进行化学镀，形成镀钴层；在所述镀钴层上渗铝，得到具有钴铝渗层的镍基高温合金内腔表面；其中，所述活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 50～200份、第一络合剂80～200份、还原剂10～100份、硼酸40～80份，pH值为5～8。本发明不仅无有害气体和粉尘排放、生产成本更低，而且化学镀的方式能够有效地在狭窄的内腔表面形成镀钴层，避免在复合渗层中引入Sn、Pd等有害金属元素，且全流程采用弱酸性或中性溶液，降低了镀层造成的“氢脆”问题的概率。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机热防护涂层领域，具体涉及一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺及钴铝渗层。
背景技术
提高燃气轮机循环效率的一个有效方法是提高燃气涡轮前燃气进口温度，这意味着涡轮的核心零部件涡轮叶片将会面临越来越苛刻的热服役环境。同时，由于重/中型燃气轮机所用柴油普遍硫含量较高，因此叶片在服役器件将同时面临严重的高温硫腐蚀。现阶段，燃气轮机的涡轮叶片或燃烧室材料一般为耐热腐蚀的镍基高温合金，诸如K488、K465等，高Cr(13wt％～20wt％)、高Co(11wt％～16wt％)让这类合金具备一定的抗硫腐蚀能力，但长期使用下合金仍会在硫腐蚀下加速失效。所以，燃气轮机热端部件普遍会添加热防护涂层，诸如铝化物渗层、TBC、YSZ、搪瓷等来增加零件的服役寿命。其中，铝化物涂层以成本低廉、适用性广、效果显著等优点，成为最广泛使用的防护涂层。然而，单一的铝化物涂层难以满足越发苛刻以及复杂的服役环境，因此对于铝化物涂层进行改性成为当前主流，比如Pt-Al改性层就成功应用于航空发动机涡轮叶片TBC粘结层。
Co元素是Ni元素的固溶元素，二者可以完全固溶形成β-CoNi相，并且Co的硫化物熔点高于比Ni的硫化物熔点，因此在镍基高温合金上引入一层Co-Al渗层能够显著提升其抗硫腐蚀能力和抗热腐蚀能力。
传统的用于镍基高温合金Co-Al渗层的制备工艺主要采用包埋渗的方式渗钴，再结合气相渗铝，该工艺虽然渗钴效率不错且适用多种形状的零件，但是包埋法原材料为钴粉及其氯化物，过程将会产生较多粉尘，经常接触将导致“硬质合金病”、肺炎、皮炎等，并且包埋法普遍需要10h～20h来实现钴的扩散，这意味着包埋法渗钴存在高昂的环保成本。另外，也有研究者采用CVD镀钴结合CVD渗铝的方式，但这种方式成本极高，难以实现工业规模化应用。不仅如此，燃气轮机涡轮叶片的内部空间狭窄，传统的镍基高温合金Co-Al渗层的制备工艺和设备难以在涡轮叶片的内腔表面形成Co-Al渗层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于镍基高温合金涡轮叶片的内腔表面的渗铝钴工艺，以及通过该渗铝钴工艺在涡轮叶片的内腔表面形成的钴铝渗层，以解决现有技术中用于镍基高温合金的Co-Al渗层制备工艺成本高昂、难以规模化应用，以及无法有效地在涡轮叶片内腔表面形成Co-Al渗层的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，包括以下步骤：
采用活化液对内腔表面进行活化，在所述内腔表面形成微晶层；
采用化学镀液对具有微晶层的内腔表面进行化学镀，形成镀钴层；
在所述镀钴层上渗铝，得到具有钴铝渗层的镍基高温合金内腔表面；
其中，所述活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 50～200份、第一络合剂80～200份、还原剂10～100份、硼酸40～80份，pH值为5～8。
现有技术中，镍基高温合金Co-Al渗层的制备工艺主要采用包埋渗的方式渗钴再结合气相渗铝，或者采用CVD镀钴结合CVD渗铝的方式。但是，这两种方式不仅成本高、难以工业规模化应用，更重要的是，对于燃起轮机涡轮叶片的内腔，通常无法形成有效的镀钴层。对于这类空间狭窄的表面镀层，化学镀因其通过溶液自反应产生金属层，是工件内腔镀金属层的合适选择。
目前，化学镀钴采用的两种主要方式中，一种是SnCl2溶液敏化、PdCl2活化、解胶、化学镀钴，另一种是稀酸活化后进行化学镀钴。然而，这两种方式对镍基高温合金钴铝渗层均不适用。前者会引入Sn、Pd等杂质，其中，Sn为低熔点元素，当工件在超高温，例如大于等于800℃服役时，Sn会偏聚在渗层缺陷处并且挥发形成孔洞，这将造成零件变脆失效；后者的酸性环境将腐蚀合金，形成“氢脆”的风险，并且在实际试验中发现单纯利用稀盐酸或稀硫酸进行活化很难实现化学镀。
为了避免在工件中引入Sn、Pd等有害金属元素，同时在镍基高温合金内腔表面有效地形成镀钴层，本技术方案改变了活化方式并设计了活化液的组分配比。
具体地，在进行化学镀钴之前，利用活化液对内腔表面进行活化。活化液的组分按重量份计包括CoSO4 50～200份、第一络合剂80～200份、还原剂10～100份、硼酸40～80份，pH值为5～8。利用上述活化液配比在内腔表面进行超高速还原反应，于工件表面形成一层较薄的微晶层，微晶层中的金属微晶能够在随后的化学镀中将成为镀钴层成长的晶核，进而在不引入元素Sn、Pd的前提下实现镍基高温合金内腔表面的化学镀钴。
在部分优选的实施例中，活化液的组分按重量份计包括CoSO4 70～150份、第一络合剂120～200份、还原剂30～60份、硼酸50～60份，pH值为5～7。进一步优选地，活化液的组分按重量份计包括CoSO4 80～120份、第一络合剂150～180份、还原剂30～50份、硼酸40～55份，pH值为5～6.5。
在内腔表面形成镀钴层后，采用气相或CVD渗铝，二者均能在镀钴层上形成均匀的渗Al层，且污染较小。
在部分实施例中采用气相渗铝，具体地，气相渗铝原材料为铝铁块，先将铝铁块用氯化铵、氟化氢铵、氧化铝等活化，活化材料配方为铝铁块：60wt％～90wt％，氧化铝：
10wt％～50wt％，氯化铵：5wt％～30wt％，氟化氢铵：0.2wt％～5wt％，活化温度为850℃～1000℃，活化时间为2h～8h。随后将活化好的铝铁块置于气相渗铝炉中，通入氩气形成惰性气氛，压力接近正压，渗铝温度根据合金材料有些许差别，渗铝温度在800℃～1050℃之间，渗铝时间为4h～30h，炉内温度降低至500℃后，即可将零件取出，完成Co-Al渗层的制备。
在部分实施例中采用CVD渗铝，具体地，以氢气为载流气体，炉内气氛为低真空，通过控制氢气和氩气的流量来实现对于渗Al速度和渗层物相的控制，氢气/氩气流量比一般为10～30，此外由于氢气是易爆气体，需额外通入氩气来控制氢气含量，一般氩气/氢气为1～5，渗铝温度普遍为900℃～1100℃，渗铝时间为2h～10h。炉内温度降低至500℃后，即可将零件取出，完成Co-Al渗层的制备。
本技术方案中，利用特定组分配比的活化液在镍基高温合金内腔表面形成微晶层，微晶层中的金属微晶在后续的化学镀钴工序中作为镀钴层成长的晶核，从而在不引入元素Sn、Pd的前提下实现镍基高温合金内腔表面的化学镀钴，相较于传统的镍基高温合金表面渗铝钴工艺，不仅无有害气体和粉尘排放、生产成本更低，而且化学镀的方式能够有效地在狭窄的内腔表面形成镀钴层，避免在复合渗层中引入有害金属元素，且全流程采用弱酸性或中性溶液，降低了镀层造成的“氢脆”问题的概率。
进一步地，活化液活化内腔表面前，利用喷砂处理将内腔表面处理至粗糙度Ra≤1.6。利用喷砂处理使内腔表面粗化，能够更有利于活化液在工件表面形成微晶层，微晶层中的金属微晶分布更加均匀，进而提高活化效率和效果。优选地，喷砂采用150目～180目白刚玉砂。
进一步地，所述活化液中的第一络合剂为柠檬酸铵、酒石酸钠、EDTA中的一种或多种，所述活化液的还原剂为DMAB、甲醛中的一种或多种。
进一步地，所述活化液的活化时间为0.5～2min。活化时间不宜过长，活化时间过长将会在金属表面形成过度疏松的金属镀层，通过试验发现，活化液的活化时间在0.5～2min时，能够形成厚度适中的微晶层，后续的化学镀液能够更好地形成镀钴层。
作为本发明的一种优选实施方式，在温度40～70℃下进行化学镀，所述化学镀液按重量份计，包括以下组分：主盐10～15份、第二络合剂10～200份、氨基硼烷2～10份、pH缓冲剂30～70份，pH值为6.5～10。
化学镀中，常用的还原剂主要有次亚磷酸钠、水合肼、硼氢化钠和甲醛。发明人发现，对于镍基高温合金，次亚磷酸钠会在基材表面引入较高的P，含量约为3wt％～10wt％，P对于镍基高温合金是致命的有害元素之一，在高温下会偏聚到合金内缺陷附近，造成合金变脆、断裂、失效，因此次亚磷酸钠不适用于镍基高温合金内腔表面镀钴；硼氢化钠将引入～6wt％的硼元素，少量的B可以强化晶界，提高合金性能，但是高量的B只会让合金力学性能急剧下降；甲醛为剧毒物质，一级致癌物，且易挥发，不适用于大规模生产；水合肼则属于易制爆物品和高毒物质，成分不稳定，且在空气中同样会产生水雾，造成危害。
为此，本技术方案采用氨基硼烷作为化学镀液的还原剂，氨基硼烷不仅氧化反应活化能低、无害环保，而且用作还原剂时能够提高镀液的稳定性，适用pH值为中性附近。在一个或多个实施例中，所述氨基硼烷为二甲基氨基硼烷、二乙基氨基硼烷、三甲基氨基硼烷和三乙基氨基硼烷中的一种或多种。
本技术方案中，主盐可以采用硫酸钴或氯化钴，第二络合剂优选采用柠檬酸钠、酒石酸钠、琥珀酸钠、柠檬酸铵中的一种或多种，pH缓冲剂优选采用乳酸(85％)或硼酸。pH调节可以采用氨水或氢氧化钠。
进一步地，所述内腔表面化学镀后，在温度250～350℃下除氢2～6h。化学镀钴后将表面用去离子水冲刷清洗，一般清洗3～5次，以完全去除表面残留的各类阴阳离子。之后将工件放入烘箱中，温度调整至250℃～350℃范围内，保温2h～6h，将化学镀钴过程中表面产生的氢气完全去除，以避免氢脆和气泡降低涂层的力学性能和服役寿命。
进一步地，除氢后在真空环境进行高温热扩散处理，热扩散温度为950～1050℃，热扩散时间为2～10h。本技术方案中，在除氢后进行热扩散，由于Co的原子半径略微大于Ni的原子半径，且Co为HCP结构而Ni为FCC结构，因此Co和Ni相互扩散较为困难，必须采用非常高的温度来驱动这一过程。本方案热扩散温度为950℃～1050℃，设备为真空热处理炉，气氛为高真空环境(10-1～10-5Pa)，扩散时间为2h～10h。
作为本发明的另一种优选实施方式，采用导流工装对内腔表面进行活化液处理和化学镀处理，所述导流工装用于将活化液或化学镀液通入至工件的内腔。为了提高内腔表面的渗钴铝效率，可以采用导流工装将活化液、化学镀液通入至内腔中，活化液、化学镀液在工件表面流动的过程中对工件的表面、尤其是内腔表面进行活化和镀钴。在部分实施例中，导流工装包括盛液槽，所述盛液槽内设置有隔板，所述隔板将所述盛液槽分隔为用于盛放活化液的第一槽和用于盛放化学镀液的第二槽，所述盛液槽上滑动设置有用于容纳待化学镀钴工件的移动反应室，所述移动反应室的底板上设置有若干通孔，移动反应室上设置有主管，所述主管与待化学镀钴工件的内腔连通，主管连接有泵，所述泵经第一液管与所述第一槽连通，泵经第二液管与所述第二槽连通。
本技术方案中，导流工装能够循环、持续地向内腔表面通入活化液和化学镀液。具体地，导流工装包括盛液槽，盛液槽的第一槽和第二槽由隔板隔开。其中，第一槽用于装入活化液、第二槽用于装入化学镀液。在一个或多个实施例中，第一槽、第二槽内可以设置有热电偶，以将活化液、化学镀液恒定在所需的反应温度。第一槽、第二槽分别经第一液管、第二液管与泵连通，在部分实施例中，第一液管、第二液管也可以通过三通接头与泵的输入端连接。泵的输出端连接主管，以将第一槽或第二槽的液体泵入到移动反应室的主管内，经主管，或者主管、支管流入至各工件的内腔。移动反应室的底板上设置有若干通孔，冲洗工件后的活化液、化学镀液能够经通孔落入下方的第一槽、第二槽中收集，从而实现循环活化、化学镀。
工作时，将工件安装在主管或支管上后，将移动反应室移动至第一槽上方，之后将第一槽内的活化液泵入主管、支管内，对工件的内腔进行活化，活化液通过工件上的通孔或者开口流出，经通孔返回至第一槽内；活化反应后，将移动反应室移动至第二槽上方，之后连通第二槽和泵，将化学镀液泵入主管、支管内，对工件的内腔进行化学镀钴，化学镀液通过工件上的通孔或者开口流出，经通孔返回至第二槽内。
通过上述设置，能够在工件固定后，将活化液、化学镀液泵入到工件的内腔，对内腔表面进行冲刷形成微晶层和镀钴层，有效地简化了渗铝钴工艺、提高了工艺效率，能够快速地在成批次的工件内腔形成稳定的镀钴层，有利于工业规模化生产。
本发明还提供一种镍基高温合金内腔表面的钴铝渗层，所述钴铝渗层采用前述任一种渗铝钴工艺制成，其中，所述镀钴层的厚度为3～10μm，优选地，所述镀钴层的厚度为4～7μm，进一步优选地，所述镀钴层的厚度为5μm。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明相较于传统的镍基高温合金表面渗铝钴工艺，不仅无有害气体和粉尘排放、生产成本更低，而且化学镀的方式能够有效地在狭窄的内腔表面形成镀钴层，避免在复合渗层中引入Sn、Pd等有害金属元素，且全流程采用弱酸性或中性溶液，降低了镀层造成的“氢脆”问题的概率；
2、本发明采用氨基硼烷作为化学镀液的还原剂，避免了次亚磷酸钠和硼氢化钠造成的P元素和B元素富集，从而影响合金的高温力学性能；也避免了挥发性甲醛和水合肼的使用，二者均会对作业者造成严重的身体危害；此外，选取氨基硼烷及其衍生物作为还原剂，镀液的整体pH为6.5～10，避免了酸性环境对合金基材造成腐蚀，引起氢脆等危害；
3、本发明本方案探索了镀钴后的扩散温度、扩散环境和扩散时间，这一步骤的缘由是镀钴层为基材表面的一层非晶钴层，并未和基材产生相互扩散，因此需要增加该步骤，形成以β-(Co，Ni)相为主的相互扩散层，减少镀钴层裂纹，细化晶粒等，从而极大增强涂层和基材的结合能力并且提高CoAl渗层的抗热腐蚀能力；此外，由于Co和Ni的原子半径接近，二者在中低温下几乎不相互扩散，因此扩散温度必须使用950℃～1050℃的超高温；
4、本发明利用导流工装将活化液、化学镀液泵入到工件的内腔，对内腔表面进行冲刷形成微晶层和镀钴层，有效地简化了渗铝钴工艺、提高了工艺效率，能够快速地在成批次的工件内腔形成稳定的镀钴层，有利于工业规模化生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例中渗铝钴工艺的流程框图；
图2为本发明具体实施例中经渗铝钴工艺处理的内腔表面放大1000倍的扫描电镜图；
图3为本发明具体实施例中经渗铝钴工艺处理的内腔截面放大1000倍的扫描电镜图；
图4为本发明具体实施例中导流工装的俯视示意图；
图5为本发明具体实施例中导流工装的移动反应室的结构示意图；
图6为本发明具体实施例中导流工装的侧视示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-盛液槽，2-移动反应室，21-主管，22-支管，23-底板，24-通孔，3-导轨，4-滑槽，5-滑块，6-第一液管，7-第二液管，8-泵，9-第三液管，10-隔板，11-涡轮叶片，12-排液管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法即可制备。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或热防护涂层领域常规的纯度要求。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或者通过常规方法制备得到。
实施例1：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.6，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 50份、柠檬酸铵180份、甲醛80份、硼酸40份，活化时间为2min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴15份、二甲基氨基硼烷10份、硼酸30份、柠檬酸钠100份、酒石酸钠50份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为60min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度280℃，除氢时间4h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度950℃～980℃，扩散时间6h。基材采用CVD渗铝方式，渗铝温度900℃～980℃，渗铝时间4h～6h。
实施例2：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.5，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 150份、柠檬酸铵120份、甲醛30份、硼酸50份，活化时间为1.5min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴10份、三乙基氨基硼烷10份、硼酸70份、柠檬酸钠120份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为60min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度320℃，除氢时间3h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用CVD渗铝方式，渗铝温度900℃～980℃，渗铝时间4h～6h。
实施例3：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.5，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 120份、酒石酸钠150份、DMAB 40份、硼酸60份，活化时间为1min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴15份、三乙基氨基硼烷8份、硼酸50份、柠檬酸钠70份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为30min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度320℃，除氢时间3h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用CVD渗铝方式，渗铝温度900℃～980℃，渗铝时间4h～6h。
实施例4：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.6，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 80份、柠檬酸铵160份、甲醛40份、硼酸50份，活化时间为1.5min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴15份、三乙基氨基硼烷6份、硼酸60份、柠檬酸钠80份、琥珀酸钠20份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为90min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度280℃，除氢时间4h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用CVD渗铝方式，渗铝温度900℃～980℃，渗铝时间4h～6h。
实施例5：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.5，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 140份、柠檬酸铵140份、甲醛50份、硼酸50份，活化时间为0.5min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴12份、三甲基氨基硼烷7份、硼酸50份、柠檬酸钠80份、琥珀酸钠20份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为120min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度280℃，除氢时间4h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用CVD渗铝方式，渗铝温度900℃～980℃，渗铝时间4h～6h。
实施例5：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.6，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 80份、柠檬酸铵160份、甲醛40份、硼酸50份，活化时间为1.5min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴15份、三乙基氨基硼烷6份、硼酸60份、柠檬酸钠80份、琥珀酸钠20份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为90min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度280℃，除氢时间4h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用气相渗铝，将铝铁块用氯化铵、氟化氢铵、氧化铝等活化，活化材料配方为铝铁块：60wt％，氧化铝：10wt％％，氯化铵：25wt％，氟化氢铵：5wt％，活化温度为850℃～1000℃，活化时间为5h。随后将活化好的铝铁块置于气相渗铝炉中，通入氩气形成惰性气氛，压力接近正压，渗铝温度在850℃～1050℃之间，渗铝时间为20h，炉内温度降低至500℃后，即可将零件取出，完成Co-Al渗层的制备。
实施例6：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.5，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 140份、柠檬酸铵140份、甲醛50份、硼酸50份，活化时间为0.5min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴12份、三甲基氨基硼烷7份、硼酸50份、柠檬酸钠80份、琥珀酸钠20份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为120min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度280℃，除氢时间4h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用气相渗铝，将铝铁块用氯化铵、氟化氢铵、氧化铝等活化，活化材料配方为铝铁块：70wt％，氧化铝：10wt％％，氯化铵：17wt％，氟化氢铵：3wt％，活化温度为800℃～950℃，活化时间为8h。随后将活化好的铝铁块置于气相渗铝炉中，通入氩气形成惰性气氛，压力接近正压，渗铝温度在850℃～1050℃之间，渗铝时间为20h，炉内温度降低至500℃后，即可将零件取出，完成Co-Al渗层的制备。
实施例7：
在制备涂层前，先对镍基高温合金基材进行预处理，使得内腔表面的粗糙度Ra为1.2，之后对基材进行活化，活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 70份、EDTA180份、DMAB40份、硼酸55份，活化时间为1.5min，活化后在内腔表面形成微晶层。基材清洗后，利用化学镀钴液进行镀钴，镀钴液按重量份计，包括以下组分：硫酸钴15份、二乙基氨基硼烷2份、硼酸40份、柠檬酸钠150份，利用氢氧化钠溶液将pH调至10；镀钴温度为60℃，镀钴时间为60min。
镀钴后将基材清洗烘干后，置于烘箱除氢，除氢温度320℃，除氢时间3h。除氢完后对基材进行高温真空扩散，扩散温度980℃～1050℃，扩散时间5h。基材采用CVD渗铝方式，渗铝温度900℃～980℃，渗铝时间4h～6h。
实施例8：
在实施例1至实施例7的基础上，采用如图4至图6所示的导流工装进行活化和化学镀。导流工装包括盛液槽1，盛液槽的第一槽和第二槽由隔板隔开。其中，第一槽用于装入活化液、第二槽用于装入化学镀液。第一槽、第二槽分别经第一液管6、第二液管7与泵8连通。泵的输出端连接主管21，以将第一槽或第二槽的液体泵入到移动反应室2的主管内，经主管21，或者主管、支管22流入至各工件的内腔。移动反应室的底板23上设置有若干通孔24，冲洗工件后的活化液、化学镀液能够经通孔落入下方的第一槽、第二槽中收集，从而实现循环活化、化学镀。
在一个或多个实施例中，第一槽、第二槽内可以设置有热电偶，以将活化液、化学镀液恒定在所需的反应温度。
在部分实施例中，第一液管、第二液管也可以通过三通接头与泵的输入端连接。
在一个或多个实施例中，盛液槽的两侧设置有导轨3，导轨上设置有滑槽4，滑槽内活动设置有滑块5，滑块与移动反应室的外壁连接，以使得移动反应室能够平稳地在盛液槽上方移动，提高了第一槽、第二槽的切换效率。
工作时，将工件安装在主管或支管上后，将移动反应室移动至第一槽上方，之后将第一槽内的活化液泵入主管、支管内，对工件的内腔进行活化，活化液通过工件上的通孔或者开口流出，经通孔返回至第一槽内；活化反应后，将移动反应室移动至第二槽上方，之后连通第二槽和泵，将化学镀液泵入主管、支管内，对工件的内腔进行化学镀钴，化学镀液通过工件上的通孔或者开口流出，经通孔返回至第二槽内。
本文中所使用的“第一”、“第二”、“第三”等(例如第一液管、第二液管、第三液管，第一槽、第二槽等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，其特征在于，包括以下步骤：
采用活化液对内腔表面进行活化，在所述内腔表面形成微晶层，其中，所述活化液按重量份计，包括以下组分：CoSO4 50~200份、第一络合剂 80~200份、还原剂10~100份、硼酸40~80份，pH值为5~8；
在温度40~70℃下采用化学镀液对具有微晶层的内腔表面进行化学镀，形成镀钴层，所述化学镀液按重量份计，包括以下组分：主盐10~15份、第二络合剂10~200份、氨基硼烷2~10份、pH缓冲剂30~70份，pH值为6.5~10；
所述内腔表面化学镀后，在温度250~350 ℃下除氢2~6 h，除氢后在真空环境进行高温热扩散处理，热扩散温度为950~1050 ℃，热扩散时间为2~10 h；
在所述镀钴层上渗铝，得到具有钴铝渗层的镍基高温合金内腔表面。
2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，其特征在于，活化液活化内腔表面前，利用喷砂处理将内腔表面处理至粗糙度Ra≤1.6。
3.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，其特征在于，所述活化液中的第一络合剂为柠檬酸铵、酒石酸钠、EDTA中的一种或多种，所述活化液的还原剂为DMAB、甲醛中的一种或多种。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，其特征在于，所述活化液的活化时间为0.5~2 min。
5.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，其特征在于，所述氨基硼烷为二甲基氨基硼烷、二乙基氨基硼烷、三甲基氨基硼烷和三乙基氨基硼烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺，其特征在于，采用导流工装对内腔表面进行活化液处理和化学镀处理，所述导流工装用于将活化液或化学镀液通入至工件的内腔。
7.一种镍基高温合金内腔表面的钴铝渗层，其特征在于，采用权利要求1~6中任一项所述的渗铝钴工艺制成，所述镀钴层的厚度为3~10 μm。
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| CN116121831A (zh) | 一种cBN陶瓷颗粒/铝化物复合涂层及其制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 610000 Baihe Community Group 4, Lichun Town, Pengzhou City, Chengdu, Sichuan Province Patentee after: Sichuan Hangda New Materials Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 611930 Four Groups of Baihe Community in Lichun Town, Pengzhou City, Chengdu, Sichuan Province Patentee before: Pengzhou Hangda New Material Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Xiaoyu Inventor after: Long Zhengmao Inventor after: Li Yuhong Inventor after: Hu Xiaomin Inventor before: Li Shusuo Inventor before: Chen Xiaoyu Inventor before: Gong Shengkai Inventor before: Long Zhengmao Inventor before: Li Yuhong Inventor before: Hu Xiaomin |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Aluminum cobalt infiltration process and cobalt aluminum infiltration layer on the inner cavity surface of a nickel based high-temperature alloy Granted publication date: 20231027 Pledgee: Chengdu Branch of China CITIC Bank Co.,Ltd. Pledgor: Sichuan Hangda New Materials Co.,Ltd. Registration number: Y2024510000183 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |