金属陶瓷高温抗氧化复合涂层的制作方法

本发明属于涂料，具体涉及一种金属陶瓷高温抗氧化复合涂层，用于在650~750℃工作的粉末高温合金部件表面抗高温热氧化的复合涂层。

背景技术：

1、长寿命燃气涡轮发动机的涡轮盘轮缘和盘间封严篦齿盘轮缘部位需要在650℃的高温环境工作数千小时。现有的涡轮盘和封严篦齿盘均采用粉末高温合金方法制造。由于沉淀强化型镍基粉末高温合金的合金化程度高，成分复杂，为确保粉末高温合金的组织稳定，不出现拓扑密排有害相，较之镍基变形高温合金的cr含量从20%降至12%左右。由于抗氧化元素cr含量缩减，导致粉末高温合金抗高温热氧化性能的相应降低。

2、现有的解决办法是采用以铝粉、磷酸盐、铬酸盐金属陶瓷作为防腐涂层，但是，高温环境下会导致铝元素向高温合金基体扩散，从而影响组织稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种金属陶瓷高温抗氧化复合涂层的制备方法，以解决现有技术中的问题。

2、本发明是通过如下技术方案实现的： 该金属陶瓷高温抗氧化复合涂层，其技术要点是：

3、包括面涂层和底涂层；

4、面涂层二氧化硅溶胶或由质量比为10:2.5~25的二氧化硅溶胶和金属氧化物的组合物混合均匀后，200目筛过滤，依次经过室温和220℃~260℃高温分别固化1~2h而成；

5、底涂层由质量比为10:4.0~6.0的金属-铬铝钇合金粉末与二氧化硅溶胶组合物，依次经过室温和220℃~260℃高温分别固化1~2h而成；

6、二氧化硅溶胶由jn-30碱性硅溶胶与硅烷水解液等质量比混合改性制成；

7、金属化物粉粉末的平均粒度小于500目，选自h-bn(六方氮化硼)或cr2o3（氧化铬）或zro2（氧化锆）的一种；

8、金属-铬铝钇合金粉末的平均粒度小于500目，由以下组分按照重量比混合制成：

9、co 余量

10、ni 31.0~33wt%

11、cr 20.0~23.0wt%

12、al 7.0~9.0wt%

13、y 0.4~0.7wt%

14、fe 0~0.2wt%（不含0点）

15、si 0~0.1wt%（不含0点）

16、或

17、co 21.0~25wt%

18、ni 余量

19、cr 15.0~19.0wt%

20、al 10.0~15.0wt%

21、y 0.3~1.0wt%

22、fe 0~0.2wt%（不含0点）

23、si 0~0.1wt%（不含0点）

24、或

25、ni 余量

26、cr 24.0~26.0wt%

27、al 4.0~6.0wt%

28、y 0.3~0.7wt%

29、fe 0~0.2wt%（不含0点）

30、si 0~0.1wt%（不含0点）。

31、进一步的，面涂层还含有二氧化硅溶胶的组合物中还包括混合物总量2wt%~4wt%的片状铝浓度70wt%的水性铝浆。

32、进一步的，面涂层干膜厚度为15μm~20μm，底涂层干膜厚度为30μm~60μm。

33、本发明还提供了上述金属陶瓷高温抗氧化复合涂层的制备方法，其技术要点是，包括如下步骤：

34、步骤s1，制备硅烷水解液：硅烷水解液由以下组分按照体积份数混合而成：硅烷偶联剂180～220、乙醇90～110、乙酸1.2～1.5、去离子水560～580；

35、步骤s2，将jn-30碱性硅溶胶与硅烷水解液等质量混合，制备二氧化硅溶胶涂料备用；

36、步骤s3，将步骤s2所得的二氧化硅溶胶涂料与合金粉末混合后，喷涂至工件表面，依次经过室温和220℃~260℃高温分别固化1~2h而成底涂层；

37、步骤s4，将二氧化硅溶胶涂料或二氧化硅溶胶涂料和金属氧化物混合制成含金属氧化物的涂料，作为面涂层喷涂至底涂层上，依次经过室温和220℃~260℃高温分别固化1~2h，而成底涂层和面涂层的金属陶瓷高温抗氧化复合涂层；

38、金属-铬铝钇合金粉末的平均粒度小于500目，由以下组分按照重量比混合制成：

39、co 余量

40、ni 31.0~33wt%

41、cr 20.0~23.0wt%

42、al 7.0~9.0wt%

43、y 0.4~0.7wt%

44、fe 0~0.2wt%（不含0点）

45、si 0~0.1wt%（不含0点）

46、或

47、co 21.0~25wt%

48、ni 余量

49、cr 15.0~19.0wt%

50、al 10.0~15.0wt%

51、y 0.3~1.0wt%

52、fe 0~0.2wt%（不含0点）

53、si 0~0.1wt%（不含0点）

54、或

55、ni 余量

56、cr 24.0~26.0wt%

57、al 4.0~6.0wt%

58、y 0.3~0.7wt%

59、fe 0~0.2wt%（不含0点）

60、si 0~0.1wt%（不含0点）。

61、本发明的有益效果：整体技术方案上，本发明的复合涂层可在650℃～750℃后水冷骤降至20℃的热震试验条件下，仍可保持五次以上不脱落。复合涂层通过耐高温的硅烷水解形成高浓度硅溶胶作为m-craly超细粉末的结合介质，形成抗高温热氧化涂层，具备良好的抗热氧化性能，有效避免了铝元素向高温合金基体扩散的问题。面涂层中加入少量铝粉，有效解决了涂层固化收缩时容易形成显微裂纹。涂层与粉末高温合金基体的结合无孔隙，结合强度高于热喷涂工艺，实现了低温固化、高温应用。并且，涂层中不存在高温不稳定元素，满足了长寿命燃气涡轮发动机的涡轮盘轮缘和盘间封严篦齿盘轮缘部位需要在高温下长期工作的工况要求。

技术特征：

1.一种金属陶瓷高温抗氧化复合涂层，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷高温抗氧化复合涂层，其特征在于：面涂层还含有二氧化硅溶胶的组合物中还包括混合物总量2wt%~4wt%的片状铝浓度70wt%的水性铝浆。

3.根据权利要求1所述的金属陶瓷高温抗氧化复合涂层，其特征在于：面涂层干膜厚度为15μm~20μm，底涂层干膜厚度为30μm~60μm。

4.一种金属陶瓷高温抗氧化复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
一种金属陶瓷高温抗氧化复合涂层，包括面涂层和底涂层；所述面涂层为二氧化硅溶胶型涂层或二氧化硅溶胶与金属氧化物结合的涂层；所述底涂层为二氧化硅溶胶和金属‑铬铝钇合金粉末结合涂层。制备方法，包括制备硅烷水解液、制备二氧化硅溶胶型涂料、将二氧化硅溶胶与金属‑铬铝钇合金粉末混合后制成含金属‑铬铝钇合金粉末的涂料，喷涂固化成底涂层；将二氧化硅溶胶涂料或二氧化硅溶胶与金属氧化物混合制成含金属氧化物的涂料，经固化面涂层等步骤。本发明高温抗氧化性能好，强度高，工艺性能好。实现了低温固化，高温应用，满足了粉末高温合金基体的热工艺要求。

技术研发人员：殷跃军,杨宏强,张亮,李永智,李庆鹏,韩长智,洪伟
受保护的技术使用者：沈阳市航达科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16