本發(fā)明屬于熱障涂層，具體涉及一種cr-pt混合改性鋁化物涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鎳基單晶高溫合金因具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、組織穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等核心熱端部件，然而惡劣的服役環(huán)境要求材料還必須具有良好的抗高溫氧化和耐熱腐蝕性能，而高溫合金自身并不能同時(shí)滿足這些要求，熱障涂層常被噴涂在高溫合金表面起高溫防護(hù)作用。而熱障涂層與金屬基體的熱膨脹系數(shù)不匹配，需要在熱障涂層與合金基體表面形成金屬粘結(jié)層。

2、改性鋁化物涂層是常用的金屬粘結(jié)層。現(xiàn)有技術(shù)中，常用cr或pt對鋁化物涂層進(jìn)行改性，能顯著提升涂層的抗高溫氧化、耐熱腐蝕性能，但所得涂層在嚴(yán)苛的服役環(huán)境中無法形成長時(shí)有效的保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種cr-pt混合改性鋁化物涂層及其制備方法。本發(fā)明提供的制備方法制備的cr-pt混合改性鋁化物涂層具有優(yōu)異的抗高溫?zé)岣g性能，且能夠形成長時(shí)有效的保護(hù)。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種cr-pt混合改性鋁化物涂層的制備方法，包括以下步驟：

4、在基體表面電鍍沉積pt，形成pt層，得到第一中間體；

5、將所述第一中間體進(jìn)行第一熱處理，得到第二中間體；

6、對所述第二中間體表面的pt層進(jìn)行粗化處理，形成粗化pt層，得到第三中間體；

7、在所述第三中間體的表面電鍍沉積cr，在所述粗化pt層表面形成cr層，得到第四中間體；

8、將所述第四中間體進(jìn)行第二熱處理，得到第五中間體；

9、在所述第五中間體的cr層表面進(jìn)行滲al，在基體表面形成cr-pt混合改性鋁化物涂層。

10、優(yōu)選地，所述pt層的厚度為3～6μm。

11、優(yōu)選地，所述電鍍沉積pt的電鍍液主鹽為pt(nh3)2(no2)2，所述主鹽濃度為8～12g/l，電鍍液ph值為8～10；

12、所述電鍍沉積pt的電流密度為1～3a/dm2，溫度為80～95℃。

13、優(yōu)選地，所述cr層的厚度為1～4μm。

14、優(yōu)選地，所述電鍍沉積cr的電鍍液主鹽為cr2(so4)·6h2o，所述主鹽濃度為20～80g/l，電鍍液ph值為3～4；

15、所述電鍍沉積cr的電流密度為8～12a/dm2，溫度為40～60℃。

16、優(yōu)選地，所述第一熱處理和第二熱處理獨(dú)立地為：200～300℃保溫1～3h，第一升溫，350～450℃保溫1～3h，第二升溫，600～650℃保溫2～6h，第三升溫，900～1100℃保溫2～4h。

17、優(yōu)選地，所述滲al的方式為化學(xué)氣相沉積。

18、優(yōu)選地，所述滲al的條件包括：使用純鋁塊為鋁源，氯化氫氣體的流量為1～2slpm，氫氣的流量為4～6slpm，滲al的溫度為1020～1080℃，滲al的時(shí)間為2～4h。

19、優(yōu)選地，所述粗化處理為噴砂處理，所述噴砂處理的壓力為0.2～0.3mpa，所述噴砂處理所用細(xì)砂的目數(shù)為150～250目。

20、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的制備方法制得的cr-pt混合改性鋁化物涂層，包括位于涂層外層的(ni,pt)al層，其中pt元素以置換固溶的形式存在于nial晶格中，以及位于涂層/基體界面的富cr,pt的互擴(kuò)散層，其中cr元素富集在互擴(kuò)散層中白亮析出相內(nèi)，pt元素富集在互擴(kuò)散層基體(ni,pt)al相中。

21、本發(fā)明提供了一種cr-pt混合改性鋁化物涂層的制備方法，包括以下步驟：在基體表面電鍍沉積pt，形成pt層，得到第一中間體；將所述第一中間體進(jìn)行第一熱處理，得到第二中間體；對所述第二中間體表面的pt層進(jìn)行粗化處理，形成粗化pt層，得到第三中間體；在所述第三中間體的表面電鍍沉積cr，在所述粗化pt層表面形成cr層，得到第四中間體；將所述第四中間體進(jìn)行第二熱處理，得到第五中間體；在所述第五中間體的cr層表面進(jìn)行滲al，在基體表面形成cr-pt混合改性鋁化物涂層。本發(fā)明在基體表面形成cr-pt混合改性鋁化物涂層，涂層中cr、pt發(fā)揮協(xié)同作用：(1)cr、pt均能促進(jìn)al元素的選擇性氧化；(2)cr、pt均能降低形成連續(xù)α-al2o3膜的臨界al含量，cr通過抑制al元素在涂層、基體間的互擴(kuò)散，降低涂層中al元素的損耗，既保證涂層中有充足的“al源”，又有助于提升基體合金的力學(xué)性能；(3)cr、pt均能阻擋mo、w等難熔元素從基體向外遷移，pt通過降低mo、w等元素在涂層中的擴(kuò)散系數(shù)，cr通過形成crmo、crw相等將其限制在互擴(kuò)散區(qū)，從而抑制mo、w等遷移至氧化膜/涂層界面；(4)cr、pt均能抑制環(huán)境中s元素的內(nèi)擴(kuò)散，pt的作用是使s富集在氧化膜/涂層界面，防止發(fā)生內(nèi)硫化，cr與s形成crxsy化合物，降低s在涂層及合金中的活性，且在900℃時(shí)，s元素在cr中的擴(kuò)散速率低于其在ni中的擴(kuò)散速率，因此可減緩s向涂層內(nèi)部擴(kuò)散；由于cr、pt協(xié)同作用，促進(jìn)了致密氧化膜的形成，提高了氧化膜的粘附性和自修復(fù)性能，抑制了s、cl、o等腐蝕介質(zhì)的內(nèi)擴(kuò)散，因此，涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高溫?zé)岣g性能。

22、本發(fā)明提供的方法工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本適中，通過“鍍pt+熱處理+鍍cr+熱處理”工藝路線，對鍍層順序、鍍層元素含量、真空熱處理進(jìn)行控制，使得鍍層組織穩(wěn)定，適用于大批量生產(chǎn)。

23、經(jīng)hb20401-2016測試可知，本發(fā)明制備的cr-pt混合改性鋁化物涂層，100h后幾乎未發(fā)生剝落，質(zhì)量變化為1.439mg/cm2，具有優(yōu)異的抗高溫?zé)岣g性能。

技術(shù)特征：

1.一種cr-pt混合改性鋁化物涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pt層的厚度為3～6μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述電鍍沉積pt的電鍍液主鹽為pt(nh3)2(no2)2，所述主鹽的濃度為8～12g/l，電鍍液ph值為8～10；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述cr層的厚度為1～4μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述電鍍沉積cr的電鍍液主鹽為cr2(so4)·6h2o，所述主鹽的濃度為20～80g/l，電鍍液ph值為3～4；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一熱處理和第二熱處理獨(dú)立地為：200～300℃保溫1～3h，第一升溫，350～450℃保溫1～3h，第二升溫，600～650℃保溫2～6h，第三升溫，900～1100℃保溫2～4h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述滲al的方式為化學(xué)氣相沉積。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述滲al的條件包括：使用純鋁塊為鋁源，氯化氫氣體的流量為1～2slpm，氫氣的流量為4～6slpm，滲al的溫度為1020～1080℃，滲al的時(shí)間為2～4h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述粗化處理為噴砂處理，所述噴砂處理的壓力為0.2～0.3mpa，所述噴砂處理所用細(xì)砂的目數(shù)為150～250目。

10.權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的制備方法制得的cr-pt混合改性鋁化物涂層，其特征在于，包括位于涂層外層的(ni,pt)al層，其中pt元素以置換固溶的形式存在于nial晶格中，以及位于涂層/基體界面的富cr,pt的互擴(kuò)散層，其中cr元素富集在互擴(kuò)散層中白亮析出相內(nèi)，pt元素富集在互擴(kuò)散層基體(ni,pt)al相中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種Cr?Pt混合改性鋁化物涂層及其制備方法，具體涉及熱障涂層技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：在基體表面電鍍沉積Pt，形成Pt層，得到第一中間體；將所述第一中間體進(jìn)行第一熱處理，得到第二中間體；對所述第二中間體表面的Pt層進(jìn)行粗化處理，形成粗化Pt層，得到第三中間體；在所述第三中間體的表面電鍍沉積Cr，在所述粗化Pt層表面形成Cr層，得到第四中間體；將所述第四中間體進(jìn)行第二熱處理，得到第五中間體；在所述第五中間體的Cr層表面進(jìn)行滲Al，在基體表面形成Cr?Pt混合改性鋁化物涂層。本發(fā)明中Cr、Pt發(fā)揮協(xié)同作用，顯著提升了鋁化物涂層的抗高溫?zé)岣g性能，延長了保護(hù)時(shí)效。

技術(shù)研發(fā)人員：曾佳敏,彭文,冷坤,包幼林,方向,馮磊,黃子琳,劉原,茹毅,宮聲凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21