CN115896675A - 一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法 - Google Patents
一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115896675A CN115896675A CN202211547195.2A CN202211547195A CN115896675A CN 115896675 A CN115896675 A CN 115896675A CN 202211547195 A CN202211547195 A CN 202211547195A CN 115896675 A CN115896675 A CN 115896675A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- low
- coating
- platinum
- bottom layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 75
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229910001325 element alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法。首先在金属零件基体上通过热喷涂或扩散工艺制备底层，底层的主要成分为Ni、Cr、Al元素或渗铝涂层，涂层厚度为10‑50微米，然后对该金属零件基体和底层的组合物进行预处理，最后在组合物表面上制备纯铂涂层。预处理可以为预氧化处理或真空热处理。本发明采用电镀铂工艺，比传统的磁控溅射工艺成本更低、效率更高。通过采用预氧化处理的方式生成阻扩散层，可以提高表面低发射率涂层的热震寿命，减少了磁控溅射技术的使用量，同时阻扩散层与基体的结合力较高，与现有技术相比具有较高的热震寿命。
Description
技术领域
本发明属于特种功能涂层技术领域，具体涉及一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法。
背景技术
红外隐身的目的是降低或改变目标的红外辐射特征从而实现目标的低可探测性。通过改进结构设计和应用红外物理原理来衰减、吸收目标的红外辐射能量，可使红外探测设备难以探测到目标。材料的红外辐射特性决定于材料的温度和发射率。红外隐身材料也可相应分为两类：控制发射率的材料和控制温度的材料。红外隐身涂层具有低发射率，高反射率，在红外线辐射频段才有良好的隐身效果。
在高温红外隐身涂层领域，铂涂层通常被认为是一种最佳的涂层材料，因其较低的红外发射率以及在高温下不易氧化的特性，通常被应用于900℃以上的红外隐身领域。但是，由于零件基体为金属，基体中的元素例如镍、铝元素会扩散到铂涂层中，并在表面与氧气发生反应形成氧化物。氧化物的形成会极大的提高铂涂层的红外发射率从而失去红外隐身效果。
现有技术中，为了应对900℃以上的服役环境，高温红外低发射率涂层包含三层结构：底层、陶瓷层、面层。其中，底层的主要成分为Ni、Cr、Al等元素形成多元合金涂层，用来为零件基体提供在高温下的抗氧化腐蚀性能。陶瓷层的组分多为金属氧化物，主要作用为防止底层和基体中的金属元素扩散到面层，从而影响面层的红外发射率。面层的成分为铂，主要在高温下提供低红外发射率性能。
现有的制备工艺均采用磁控溅射的方式进行三层结构涂层的制备，沉积效率较低，且工艺成本较高，在导弹以及无人机等短时红外隐身领域，因此如何解决低成本高效率的低红外发射率涂层释一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于针对上述传统磁控溅射方式制备三层结构涂层技术的缺陷，提出一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，以解决现有低红外发射率涂层制备成本高的问题，使得在需求的服役时间和温度下依旧能够保持较低的红外发射率，或者能够显著提高低红外发射率涂层的热震寿命。
为实现上述目的，本发明提出的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，技术方案包含以下步骤：
S1：在金属零件基体上通过热喷涂或扩散工艺制备底层，底层的主要成分为Ni、Cr、Al元素，涂层厚度为10-50微米；
S2：对所述金属零件基体和底层的组合物进行预处理；
S3：在步骤S2结束后的组合物表面上制备纯铂涂层。
上述底层也可以是渗铝涂层。
作为一种低成本替代方案，同时又能够在一定时间范围保持较好的隐身效果，本发明提供了一种绕开上述S2的操作，直接对所述金属零件基体和底层的组合物通过电镀铂方式制备纯铂涂层的方案，铂层厚度为1-5微米。
步骤S2中所述预处理可以为预氧化处理，氧气分压范围为1-5Pa，在底层表面生成一层氧化物保护层，其主要成分为氧化铝或氧化铝与氧化镍的混合物。作为优选，氧化物保护层的厚度范围为0.5-1微米。
选择预氧化处理作为预处理时，制备纯铂涂层推荐采用磁控溅射工艺。作为优选，纯铂涂层的厚度为1-3微米。
另一种方案是，在进行步骤S2之前先对金属零件基体和底层的组合物进行电镀铂，铂层厚度1-3微米。然后步骤S2中所述预处理为对金属零件基体、底层和铂层的组合物进行真空热处理，真空热处理温度为600-1100℃，使铂层与底层和基体的元素进行互扩散，铂层变成以富铂的镍、铝、铬固溶体为构成成分的缓冲层。
作为优选，为实现更佳的低红外发射率，在上述缓冲层的表面再次电镀1-5微米的铂层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1，本发明的制备方法采用电镀铂工艺，使得在制备厚涂层方面比传统的磁控溅射工艺成本更低、效率更高。
2，通过采用预氧化处理的方式生成阻扩散层，可以提高表面低发射率涂层的热震寿命，减少了磁控溅射技术的使用量，降低了成本。同时阻扩散层与基体的结合力较高，与现有技术相比具有较高的热震寿命。
3，通过采用缓冲层替代传统的陶瓷阻扩散层，可有效提高表面低发射率涂层的热震寿命，同时不影响长时服役后的红外发射率，缓冲层不仅可以减缓基体和铂层的元素扩散速率，在服役过程中缓冲层与铂层之间会自发反应生成氧化层，当氧化层达到1微米之后，可以有效提供阻挡元素扩散的效果。
附图说明
图1-2为本发明实施例1的流程图；
图3-5为本发明实施例2的流程图；
图6-9为本发明实施例3的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
如图1-2所示的实施例1中，图中的1为金属零件基体，2为底层，3为铂层。
首先在零件基体1上制备底层2，底层2的主要成分为Ni、Cr、Al、Y等元素，也可以是渗铝涂层，制备工艺为热喷涂或扩散工艺。涂层厚度为10-50微米。
对1和2的组合物进行电镀铂，铂层3的厚度为1-5微米。
零件服役时，在高温下底层和基体中的元素会向铂层中进行扩散，在100小时之内，铂层依旧可以保持2-3微米的纯铂区域，因此，可以在短时服役范围内提供良好的红外隐身性能。
在如图3-5所示的实施例2中，21为零件基体，22为底层，23为氧化物层，24为铂层。制备时，首先在零件基体21上制备底层22，底层22的主要成分为Ni、Cr、Al、Y等元素，也可以是渗铝涂层，制备工艺为热喷涂或扩散工艺。涂层厚度为10-50微米。
对21和22的组合物进行预氧化处理，氧气分压在1-5Pa，使底层22表面生成一层氧化物层23，生成的氧化物层23的主要成分为氧化铝或氧化铝与氧化镍的混合物，厚度为0.5-1微米。
随后，在21、22和23的组合物表面制备铂层24，采用磁控溅射工艺，铂涂层厚度为1-3微米。
上述实施例2由于采用了预氧化处理的方式生成阻扩散层，用于提高表面低发射率涂层的热震寿命，不仅减少了磁控溅射技术的使用量，降低了成本。同时由于阻扩散层与基体的结合力较高，与现有技术相比具有较高的热震寿命。
在如图6-9所示的实施例3中，31为零件基体，32为底层，33为铂层，33-1为缓冲层，34为铂层，35为氧化层。制备时，首先在零件基体31上制备底层32，底层32的主要成分为Ni、Cr、Al、Y等元素，也可以是渗铝涂层，制备工艺为热喷涂或扩散工艺。涂层厚度为10-50微米。接下来，对31和32的组合物进行电镀铂，铂层厚度1-3微米。
随后，对31、32和33的组合物进行真空热处理，使铂层与底层和基体的元素进行互扩散，真空热处理温度为600-1100℃，使33变成缓冲层33-1，缓冲层内主要为富铂的镍、铝、铬固溶体。
由于缓冲层为金属固溶体，因此可以再次进行电镀铂处，在表面电镀铂，铂层厚度为1-5微米，用来提供低红外发射率。
在服役过程中，在33-1与34的界面会生成铝的氧化物，形成氧化层35，从而用来提供阻元素扩散性能。最终，32，33-1，34，35组成最终的低红外发射率涂层结构。
因为上述实施例3中没有使用成本较高的磁控溅射工艺，因此降低了成本。同时，缓冲层不仅可以减缓基体和铂层的元素扩散速率，在服役过程中缓冲层与铂层之间会自发反应生成氧化层，当氧化层达到1微米之后，可以有效地提供阻挡元素扩散的效果。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。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，这些改进也应该视为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于包含以下步骤：
S1：在金属零件基体上通过热喷涂或扩散工艺制备底层，底层的主要成分为Ni、Cr、Al元素，涂层厚度为10-50微米；
S2：对所述金属零件基体和底层的组合物进行预处理；
S3：在步骤S2结束后的组合物表面上制备纯铂涂层。
2.根据权利要求1所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于所述底层也可以是渗铝涂层。
3.根据权利要求1或2所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于步骤S1之后不进行S2的操作，直接对所述金属零件基体和底层的组合物通过电镀铂方式制备纯铂涂层，铂层厚度为1-5微米。
4.根据权利要求1或2所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于步骤S2中所述预处理为预氧化处理，氧气分压范围为1-5Pa，在底层表面生成一层氧化物保护层，其主要成分为氧化铝或氧化铝与氧化镍的混合物。
5.根据权利要求4所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于所述氧化物保护层的厚度为0.5-1微米。
6.根据权利要求4所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于所述制备纯铂涂层采用磁控溅射工艺。
7.根据权利要求6所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于所述纯铂涂层的厚度为1-3微米。
8.根据权利要求1或2所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于进行步骤S2之前，先对金属零件基体和底层的组合物进行电镀铂，铂层厚度1-3微米。
9.根据权利要求8所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于步骤S2中所述预处理为对金属零件基体、底层和铂层的组合物进行真空热处理，真空热处理温度为600-1100℃，使铂层与底层和基体的元素进行互扩散，铂层变成以富铂的镍、铝、铬固溶体为构成成分的缓冲层。
10.根据权利要求9所述的低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法，其特征在于在所述缓冲层的表面再次电镀1-5微米的铂层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211547195.2A CN115896675A (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211547195.2A CN115896675A (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115896675A true CN115896675A (zh) | 2023-04-04 |
Family
ID=86487887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211547195.2A Pending CN115896675A (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115896675A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5667663A (en) * | 1994-12-24 | 1997-09-16 | Chromalloy United Kingdom Limited | Method of applying a thermal barrier coating to a superalloy article and a thermal barrier coating |
| CN104152854A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-11-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 耐高温、抗氧化的低红外发射率复合涂层及其制备方法 |
| CN108315736A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-07-24 | 暨南大学 | 一种抗高温氧化的MCrAlY涂层及制备方法和应用 |
| CN112281161A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-01-29 | 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司 | 涂层及其制备方法与应用 |
| CN113789557A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-14 | 北京航空航天大学 | 高温合金表面致密型富Re阻扩散涂层的制备方法 |
-
2022
- 2022-12-05 CN CN202211547195.2A patent/CN115896675A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5667663A (en) * | 1994-12-24 | 1997-09-16 | Chromalloy United Kingdom Limited | Method of applying a thermal barrier coating to a superalloy article and a thermal barrier coating |
| CN104152854A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-11-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 耐高温、抗氧化的低红外发射率复合涂层及其制备方法 |
| CN108315736A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-07-24 | 暨南大学 | 一种抗高温氧化的MCrAlY涂层及制备方法和应用 |
| CN112281161A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-01-29 | 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司 | 涂层及其制备方法与应用 |
| CN113789557A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-14 | 北京航空航天大学 | 高温合金表面致密型富Re阻扩散涂层的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1670446B (zh) | 含选择性辐射吸收涂层的吸收体及其制备方法 | |
| US5302465A (en) | Plasma sprayed ceramic thermal barrier coating for NiAl-based intermetallic alloys | |
| US7998601B2 (en) | Sandwich thermal insulation layer system and method for production | |
| CN110144541A (zh) | 一种高温钛合金热障涂层材料及其制备方法 | |
| WO2022206793A1 (zh) | 复合涂层、活塞、发动机和车辆 | |
| JPH0251978B2 (zh) | ||
| US6168875B1 (en) | Coatings for turbine components | |
| JP2019095187A (ja) | 太陽光発電システムのコーティングされた構成要素およびそれを作製する方法 | |
| CN113135775A (zh) | 超高温电磁散射与红外辐射兼容抑制的隐身材料及制备方法 | |
| JP2019507828A (ja) | 基材上に高温保護層を接合するための付着促進層、並びにそれの製造方法 | |
| CN115896675A (zh) | 一种低成本高效率的低红外发射率涂层制备方法 | |
| RU2375499C2 (ru) | Способ получения многослойного теплозащитного покрытия на деталях из жаропрочных сплавов | |
| EP0508731B1 (en) | Use of an oxide coating to enhance the resistance to oxidation and corrosion of a silicon nitride based gas turbine blade | |
| CN113978056A (zh) | 一种钒合金 | |
| JPS61174385A (ja) | セラミツク被覆耐熱部材及びその製造方法 | |
| CN102776512A (zh) | 一种新型梯度热障涂层的制备方法 | |
| RU2402639C1 (ru) | Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на детали из жаропрочных сплавов | |
| JP3406540B2 (ja) | ガラス被覆体 | |
| CN112301389B (zh) | 一种制备铂铝涂层的方法 | |
| RU2065505C1 (ru) | Лопатка турбины и способ ее изготовления | |
| CN211079339U (zh) | 一种具有长寿命的热障涂层 | |
| CN115198271A (zh) | 一种高热匹配性热障涂层及其制备方法与应用 | |
| CN114315390A (zh) | 一种碳/碳复合材料表面宽温域长寿命抗氧化涂层及低温制备方法 | |
| JP2003266588A (ja) | 耐久性遮熱コーティング部材及びその製造方法 | |
| RU2568205C2 (ru) | Термоэрозионностойкое покрытие для углерод-углеродистых композиционных материалов |
Legal Events
| 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 |