CN101586242A - 一种Pt改性的Ni3Al基涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Pt改性的Ni3Al基涂层及其制备方法。具体地说，是一种采用电镀法和粉末包埋法工艺在镍基高温合金基体上制备出Pt+γ′－Ni3Al+γ－Ni涂层。属金属或合金表面涂层处理技术领域。本发明方法中，涂层的铝含量为10～25at％，Pt含量为5～15at％，Ni含量为60～80at％。本发明的制备过程如下：(1)先在镍基高温合金基体上电镀5～8μm的Pt镀层，然后在900～1200℃下热处理1～3小时；(2)将上述已镀Pt层的镍基高温合金基体放入均匀混合的粉末渗料中，采用粉末包埋法将所述高温合金基体包埋于粉末渗料中，然后加热到800～1200℃，并保温2～5小时，最终制得Pt+γ′－Ni3Al+γ－Ni涂层。粉末包埋渗料的组分和重量百分含量为：铝粉2～10％，氯化铵1～10％，氧化铝80～95％。
Description
技术领域
本发明涉及一种Pt改性的Ni3Al基涂层及其制备方法，具体地说，是一种采用电镀法和粉末包埋法工艺在镍基高温合金基体上制备出Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层。属金属或合金表面涂层处理技术领域。
背景技术
航空燃气涡轮发动机大推力、高效率、低油耗及长寿命的需求使得其零部件(如发动机叶片)服役条件更加苛刻。尽管新型高温合金相继被开发出来以及相应地改进发动机设计如采用冷却技术，但提高高温合金工作温度的潜力已十分有限。镍基单晶高温合金作为发动机叶片的主要材料，目前已相继开发出了五代产品，比如第三代CMSX-10单晶高温合金添加了5～7wt.％的贵金属铼，合金制造成本大大提高，但其使用温度仅比第二代CMSX-4单晶高温合金提高约30℃。热障涂层(Thermal barrier coatings，TBCs)防护则能够显著降低高温合金(叶片)表面的温度，提高发动机构件的抗氧化和抗腐蚀能力。热障涂层(TBCs)由陶瓷表层、热生长氧化层(Thermally grown oxide，TGO)和金属粘结层组成。金属粘结层材料为β-(Ni，Pt)Al或MCrAlY(M＝Ni or Co，orNi+Co)，二者均为β-NiAl基涂层。热障涂层体系中金属粘结层连接基体和陶瓷层，改善基体和陶瓷层之间的物理相容性，决定着TGO层的生长速度、完整性和粘结性。因此，粘结层的成分和结构对TBCs的整体性能有着十分重要的影响。但目前现有的β-(Ni，Pt)Al和MCrAlY金属粘结层对粘结层的结构稳定性以及与基体材料的匹配等情况考虑不足，存在以下问题：(1)Al含量高。使粘结层中的Al向基体材料里扩散，产生β-NiAl→γ′-Ni3Al的相转变并伴随有体积的变化，从而导致粘结层结构的不稳定，引起TBCs失效。(2)马氏体相变。粘结层中β-NiAl冷却时存在β(B2)→β′(L10)马氏体相转变，产生较大的应力应变，诱发粘结层和TGO层的不稳定性，导致TBCs系统的失效。
发明内容
针对现有的β-(Ni，Pt)Al和MCrAlY涂层组织结构不稳定问题，本发明的目的在于提供一种相结构稳定的涂层，即一种Pt改性的Ni3Al基涂层，以及该涂层的制备方法。
本发明一种Pt改性的Ni3Al基涂层，其特征在于该涂层的合金体系的组织结构由γ′-Ni3Al和γ-Ni两相组成；各组分及其原子质量百分含量为：Al 10～25at％，Pt 5～15at％，Ni 60～80at％。
本发明一种Pt改性的Ni3Al基涂层的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.首先在镍基高温合金基体上用电镀法，镀上一层5～8μm的Pt镀层；并在900～1200℃下热处理1～3小时；
b.然后将上述已镀Pt层的镍基高温合金基体放入粉末渗料中；采用粉末包埋法，使其包埋于渗料中；然后放置于电炉中，加热至800～1200℃，且保温4小时；最终得到Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层；所述的粉末包埋渗料的组分及重量百分含量为：铝粉2～10％，氯化铵1～10％，氧化铝80～95％。
本发明的Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层与镍基高温合金基体具有类似的结构，与基体兼容性好且结构稳定。本发明的涂层可以用作镍基高温合金部件如发动机叶片热障涂层的粘结层。本发明主要采用电镀法和粉末包埋法联合工艺，该涂层具有较好的抗氧化和抗腐蚀能力。本发明方法操作简单，成本低廉。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
将镍基合金基体表面采用电镀的方法沉积6μm的Pt层，在1000℃下热处理2小时；包埋渗料由10wt.％铝粉、5wt.％氯化铵和85wt.％氧化铝组成。然后将已经镀Pt的镍基合金基体放入均匀混合的包埋渗料中，然后放入电炉，将电炉升温1200℃，并保温4小时后即得到Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层。
本发明的特点和优点归纳如下：
1、结构稳定。本发明所采用的Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层由于不存在β-(Ni，Pt)Al和MCrAlY涂层中β-NiAl→γ′-Ni3Al及β(B2)→β′(L10)相转变，因而Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层组织结构更加稳定。
2、与基体兼容性好。本发明采用的Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层与镍基合金基体具有相同的结构，因此与基体兼容性好。
3、成本低。本发明采用电镀法+粉末包埋法制备Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层，与等离子喷涂和电子束物理气相沉积法相比，价格低廉。通过调整渗料中组分配比即可方便控制涂层的铝含量。
Claims (2)
1、一种Pt改性的Ni3Al基涂层，其特征在于该涂层的合金体系的组织结构由γ′-Ni3Al和γ-Ni两相组成；各组分及其原子质量百分含量为：Al 10～25at％，Pt 5～15at％，Ni 60～80at％。
2、一种Pt改性的Ni3Al基涂层的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.首先在镍基高温合金基体上用电镀法，镀上一层5～8μm的Pt镀层；并在900～1200℃下热处理1～3小时；
b.然后将上述已镀Pt层的镍基高温合金基体放入粉末渗料中；采用粉末包埋法，使其包埋于渗料中；然后放置于电炉中，加热至800～1200℃，且保温4小时；最终得到Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni涂层；所述的粉末包埋渗料的组分及重量百分含量为：铝粉2～10％，氯化铵1～10％，氧化铝80～95％。
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