專利名稱：一種電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法
技術領域：
本發明屬于材料涂覆技術領域，特別涉及在復雜形狀基體上涂覆抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層的一種電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法。
背景技術：
MCrAlX(其中M為Ni、Co或其合金，X為活性元素)抗高溫氧化涂層主要采用真空等離子噴涂(VPS)、電子束物理氣相沉積(EBPVD)、磁控濺射和電弧離子鍍等物理方法制備，但是存在設備昂貴、成本高等缺點，而且不適于復雜形狀的基體。因此探討工藝簡單、成本低廉、適用面廣的方法成為研究熱點。
申請號為US 5,124,006的美國專利在鎳基超耐熱合金上電泳沉積了金屬粉體(成份為21％Cr、8.47％Al、0.59％Y、5.7％Ta，剩余均為Ni)，溶液中粉體濃度為1500~2000g/l，沉積電壓和電流密度分別小于2500V/cm和100mA/cm2。然后進行氣相滲鋁處理，條件為1155℃1h或1150℃3h。最后等離子噴涂熱障涂層(ZrO2-8wt％Y2O3)。
申請號為93100182.X的中國發明專利提出了一種電泳沉積-包埋滲渡工藝，制備了MCrAlX涂層。在恒電壓模式下(30～150V/cm)，先沉積含鉻合金粉，濃度為45～55g/l，然后采用變溫包埋滲鋁的方法進行涂層的致密化和冶金化。其條件為在低溫(600～800℃)下保溫一定時間(60～90min)，后再在高溫(1000～1093℃)下進行反應燒結(5～15h)。
但是，以上工藝均存在對電泳沉積層的后續處理過于復雜的問題，或者所需設備復雜，或者需要在高溫下長時間熱處理，這將消耗大量能源，增加工藝成本，而且復雜的后續處理工藝破壞了電泳沉積層均勻的特點，從而限制了電泳沉積工藝在制備抗高溫氧化涂層中的應用。
本發明旨在解決MCrAlX電泳沉積層后續熱處理復雜的問題，提出了一種新型的電泳共沉積工藝，通過電泳共沉積混合粉體，只需要通過簡單的熱處理方式就能夠使電泳沉積層與基體形成致密的冶金結合，且保留電泳沉積層均勻的優勢(尤其適合于復雜形狀的基體)，大大簡化了后續處理，提高了抗高溫氧化性，擴大了電泳沉積的應用范圍。
發明內容
本發明的目的是提供在復雜形狀基體上涂覆抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層的一種電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法。其特征在于，具體工藝如下1)配制分散的懸浮液，首先將MCrAl和10～70wt％Al混合粉體球磨1～4h，然后在無水有機溶劑中加入混合粉體，使濃度為30～60g/l，同時加入0.2～0.6g/l的金屬鹽添加劑或采用含有活性元素X的氯化物和硝酸鹽，最后超聲分散10～30min。其中M為Ni、Co或其合金；2)沉積過程在恒電位模式下進行，以基體作為陰極，同時攪拌，混合粉體沉積于陰極上，電泳共沉積參數為(1)沉積電壓為50~150V/cm；(2)沉積時間為1～8min；(3)沉積溫度為15～35℃。
3)電泳沉積后的樣品在空氣中干燥24~48h，然后在真空爐中，在真空度為10-5～10-1Pa下，溫度為1000～1100℃，熱處理1～3h，即得到抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層。
所述混合合金粉體包括MCrAl(325目)和Al(3000目)。
所述金屬鹽為AlCl3·6H2O、MgCl2·6H2O、CaCl2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Mg(NO3)2·6H2O或Ca(NO3)3·4H2O。
所述活性元素為Y、Ce或La，它們相應的氯化物和硝酸鹽為YCl3·6H2O、CeCl3·6H2O、Y(NO3)3·7H2O、Ce(NO3)3·7H2O或La(NO3)3·7H2O。
所述無水有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或丙酮。
本發明的有益效果是通過在MCrAl粉體中添加少量的微細Al粉，形成的電泳沉積混合涂層，具有大小顆粒相間，堆積緊密，大大提高沉積層的致密性，而且Al粉熔點較低，熱處理時出現液相，因此通過普通的熱處理即可使涂層具有優良的抗高溫氧化性能。
圖1比較了有涂層的泡沫鎳和空白泡沫鎳樣品在800℃、900℃和1000℃下氧化20h的增重率。
圖2描述了上述兩種樣品在900℃下的恒溫氧化動力曲線。
具體實施例方式
本發明提供在復雜形狀基體上涂覆抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層的一種電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法。具體工藝如下1)配制分散的懸浮液，首先將MCrAl和10～70wt％Al混合粉體球磨1～4h，然后在無水有機溶劑中加入混合粉體，使濃度為30～60g/l，同時加入0.2～0.6g/l的金屬鹽添加劑或采用含有活性元素X的氯化物和硝酸鹽，最后超聲分散10～30min。其中M為Ni、Co或其合金；2)沉積過程在恒電位模式下進行，以基體作為陰極，同時攪拌，混合粉體沉積于陰極上，電泳共沉積參數為(1)沉積電壓為50～150V/cm；(2)沉積時間為1～8min；(3)沉積溫度為15～35℃。
3)電泳沉積后的樣品在空氣中干燥24~48h，然后在真空爐中，在真空度為10-5～10-1Pa下，溫度為1000～1100℃，熱處理1～3h，即得到抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層。
所述混合合金粉體包括MCrAl(325目)和Al(3000目)。
所述金屬鹽作為添加劑主要起到控制懸浮液電導率和提高粉體分散性的作用，金屬鹽為AlCl3·6H2O、MgCl2·6H2O、CaCl2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Mg(NO3)2·6H2O或Ca(NO3)3·4H2O。
所述活性元素為Y、Ce或La，它們相應的氯化物和硝酸鹽也可以同時作為添加劑。包括YCl3·6H2O、CeCl3·6H2O、Y(NO3)3·7H2O、Ce(NO3)3·7H2O或La(NO3)3·7H2O。
無水有機溶劑主要是避免水的電解而導致得到的涂層中含有孔洞，從而降低電泳沉積層的致密性，包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮等。
由于本電泳沉積層為大小相間的混合顆粒堆積，而且Al的添加導致燒結過程中出現液相，因此通過真空熱處理即可達到高致密度，后續處理工藝大為簡化。
實施例在泡沫鎳(30ppi)上制備均勻致密的NiCrAl-Al抗高溫氧化混合涂層。
1)電泳沉積混合粉體把5g(NiCrAl+10wt％Al)混合粉體放入100ml無水乙醇中，球磨1h。球磨后加入0.24g的AlCl3·6H2O，并把配制好的懸浮液超聲處理10min，使之均勻分散。最后連接到沉積電路(可采用兩個陽極和一個陰極的結構，以保證涂層充分覆蓋泡沫鎳基體)。陽極為不銹鋼，陰極為泡沫鎳，工作面積為5cm2，在100V/cm的電壓下沉積8min(同時攪拌)即可獲得充分覆蓋泡沫鎳而且均勻的涂層。
2)沉積后的涂層在空氣中干燥24h，然后放入真空爐中熱處理，條件為1000℃2h。爐冷后取出。
在上述工藝參數下，電泳共沉積一熱處理制備的涂層具有優良的抗高溫氧化效果。圖1比較了有涂層的泡沫鎳和空白泡沫鎳樣品在800℃、900℃和1000℃下氧化20h的增重率。圖2描述了上述兩種樣品在900℃下的恒溫氧化動力曲線。
權利要求
1.一種電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法，其特征在于，具體工藝如下1)配制分散的懸浮液，首先將MCrAl和10～70wt％Al混合粉體球磨1～4h，然后在無水有機溶劑中加入混合粉體，使濃度為30～60g/l，同時加入0.2～0.6g/l的金屬鹽添加劑或采用含有活性元素X的氯化物和硝酸鹽，最后超聲分散10～30min；其中M為Ni、Co或其合金；2)沉積過程在恒電位模式下進行，以基體作為陰極，同時攪拌，混合粉體沉積于陰極上，電泳共沉積參數為(1)沉積電壓為50～150V/cm；(2)沉積時間為1～8min；(3)沉積溫度為15～35℃；3)電泳沉積后的樣品在空氣中干燥24～48h，然后在真空爐中，在真空度為10-5～10-1Pa下，溫度為1000～1100℃，熱處理1～3h，即得到抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層。
2.根據權利要求1所述電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法，其特征在于，所述混合合金粉體包括MCrAl(325目)和Al(3000目)。
3.根據權利要求1所述電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法，其特征在于，所述金屬鹽為AlCl3·6H2O、MgCl2·6H2O、CaCl2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Mg(NO3)2·6H2O或Ca(NO3)3·4H2O。
4.根據權利要求1所述電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法，其特征在于，所述活性元素為Y、Ce或La，它們相應的氯化物和硝酸鹽為YCl3·6H2O、CeCl3·6H2O、Y(NO3)3·7H2O、Ce(NO3)3·7H2O或La(NO3)3·7H2O。
5.根據權利要求1所述電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法，其特征在于，所述無水有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或丙酮。
全文摘要
本發明公開了屬于材料涂覆技術領域的涉及在復雜形狀基體上涂覆抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層的一種電泳共沉積制備抗高溫氧化混合涂層的方法。首先將MCrAl和10～70wt％Al組成混合粉體，同時加入活性元素，在無水有機溶劑中通過球磨配制分散的懸浮液；在恒電位模式下進行，以基體作為陰極，同時攪拌，混合粉體沉積于陰極上，電泳沉積后的樣品在在真空爐中，在真空度中，以1000～1100℃進行熱處理后即得到抗高溫氧化的MCrAlX和Al混合涂層。克服了現有技術中復雜的致密化處理工藝，本發明通過電泳共沉積混合粉體，僅需簡單的后處理即可使沉積涂層達到的致密度，提高目標基體的抗氧化性，并降低了工藝成本。
文檔編號C23C16/00GK1743499SQ20051011256
公開日2006年3月8日 申請日期2005年10月11日 優先權日2005年10月11日
發明者翁端, 楊磊, 吳曉東 申請人:清華大學