專利名稱：一種電泳沉積-反應燒結覆蓋型涂層的涂覆方法
技術領域：
本發明屬表面涂層涂覆技術領域，它主要涉及厚金屬涂層，特別是MCrAlX(X-一般為活性元素)型涂層的涂覆。
現在用于涂覆MCrAlX覆蓋型涂層的涂覆工藝大多是EB-PVD、LPPS等一些物理沉積技術，由于它們具有設備昂貴、成本高、有屏蔽效應等許多缺點(D.H.Boone，Mater.Sci.and Tech.，Vol.2.No.3，220，1986)，所以限制了MCrAlX涂層的廣泛使用。為了解決這一問題，現在人們正在開發一些實用的涂覆技術來代替原有的工藝(J.E.Restall and M.l.Wood，Mater.Sci.and Tech.，Vol.2，No.3，225，1986)，其中復合電鍍和電泳沉積技術似乎是最有發展前途的兩種(R.Mevrel，Mater.Sci.and Eng.，Vol.A120，13，1989)。由于復合電鍍仍然存在不易涂覆形狀復雜的工件和鍍層內應辦大等一些缺點，所以人們更注重電泳沉積技術的開發。
由于現已開發的電泳沉積技術(R.Morbioli，Mater.Sci.and Eng.，Vol.A120/121，373，1989)均是把MCrAlX合金研磨成粉，然后利用傳統的電泳沉積工藝將其涂覆于工件表面，再進行燒結或化學氣相沉積使之致密化并使之與基材達到冶金結合。因此，這種工藝不僅浪費能源，而且不能保證稀土元素在沉積層中的均勻摻雜。另外，現在所用的粉末懸浮介質仍然是傳統的(異丙醇+硝基甲烷)體系，而這種體系揮發速度快、毒性大、成本高，因此上述工藝仍沒有被廣泛接受。
本發明的目的在于克服現有工藝之不足，利用金屬離子添加劑在電泳沉積中的化學吸附和電極反應，提出了一種新型的電泳沉積工藝，利用包埋滲鍍技術同時實現電泳沉積層的致密化與冶金化，以保證在形狀復雜的工件上涂覆均勻一致的涂層。
本發明是將微細合金粉末彌散于含有某種添加劑的無水乙醇中，然后在一定溫度和一定電壓下進行電泳沉積，在沉積過程中應保證粉末的均勻懸浮(一般可采用攪拌或溶液循環的方法)。將得到的電泳沉積層在空氣中干燥后，埋入適當組成的滲包中進行包埋滲鍍，這樣即可得到擴散層聯結的多種覆蓋型涂層。
本發明的電泳沉積體系為(無水乙醇+金屬離子添加劑+固體粉末)體系，其中金屬離子添加劑系指可溶于無水乙醇的金屬鹽，它主要是一些氯化物和硝酸鹽，如AlCl3、YCl3·6H2O、CeCl3·6H2O、CrCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、MgCl2·6H2O、ZrOCl2·8H2O、HfOCl2·6H2O，Al(NO3)3·9H2O、Y(NO3)3·7H2O、Ce(NO3)3·7H2O、La(NO3)3·7H2O、Cr(NO3)3·9H2O、Co(NO3)3·6H2O、Ni(NO3)3·6H2O、Hf(NO3)3·7H2O等，固體粉末包括金屬與非金屬粉末。
對于微細合金粉(如-325mesh)，應在電泳沉積之前進行表面鈍化處理，從而除去粉末表面吸附的水分、鹽或其它雜質，這樣可大大提高沉積層的均勻程度和表觀質量;表面鈍化處理通常可采用低溫烘烤的方法，即在200～400℃下，烘烤15～30min。
試樣放入鍍液進行電泳沉積時，可采用如下的優化工藝參數進行沉積①采用-325mesh的粉末，其濃度一般為45～55g/l;②添加劑濃度為0.1～0.5g/l;③沉積電壓隨粉末種類不同而略有不同，一般在30～150V/cm之間;④沉積時間由所需涂層的厚度和沉積速度而定，通常在30～300sec之間;⑤鍍液溫度保持在室溫即可。
取出電泳沉積后的試樣，然后根據電泳沉積層的成分，對電泳沉積層進行包埋滲鋁、或鋁-鉻共滲等其它一元或多元共滲的反應燒結處理。通常可采用先沉積含鉻合金粉，然后進行滲鋁反應燒結處理。在進行滲鍍時，采用變溫滲鍍的方法，即在低溫(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(5～15hrs)。
如果想把某一活性元素(如Ce、La、Hf、Ta、Pd、Mg、Ca等)摻雜到MCrAlX涂層中，只須在電泳鍍液中加入相應的、可溶于無水乙醇的金屬鹽作為金屬離子添加劑即可，通常可采用欲添加活性元素的氯化物或硝酸鹽。
本發明具有以下優點
1.粉末懸浮介質選用無水乙醇，從而摒棄了刺激性氣味強烈和毒性較大的(異丙醇+硝基甲烷)體系;由于無水乙醇的強極性，也就降低了電泳沉積過程所需的電壓。
2.添加劑可選用溶于無水乙醇的金屬鹽，其中主要是一些氯化物和硝酸鹽，廢棄了那種采用大量添加劑和粘結劑的做法，從而避免了電泳沉積中一些不良反應的發生。所用添加劑可以在陰極上發生電極反應生成一些羥基氧化物，而這些羥基化物不僅能夠起到一定的粘附作用，而且可以在后面的包埋滲鍍中發生熱解反應，從而以微細氧化物顆粒形式彌散于涂層中。
3.對于微細粉末(如-325mesh)，在配制鍍液前應采取表面鈍化預處理，以去除粉末表面吸附的水分、鹽分或其它雜質，這樣可以提高粉末的均鍍能力，可以使得沉積層更加均勻、平整。
4.根據電泳沉積層的成分，可以對電泳沉積層進行滲鋁、或鋁-鉻共滲等其它一元或多元共滲的反應燒結處理。通常可采用先沉積含鉻合金粉，然后進行滲鋁反應燒結處理的工藝，因為這樣做比較簡單、可靠。由于對電泳沉積層采用變溫滲鍍的方法，從而保證了沉積層的反應燒結致密化及其于基體的擴散聯結。
實施例NiCoCrAlY涂層的制備①把在空氣中于400℃下烘烤30min的NiCoCr(751515，-325mesh)合金粉置于含有0.5g/l的YCl36H2O的無水乙醇中，使粉末濃度保持在50g/l，然后施以120V/cm的電壓，沉積2min即可獲得30μm左右的沉積層，在此過程中，稀土元素釔通過粉末表面的吸附和電極反應已摻雜到沉積層中。
②把上面得到的沉積層試樣埋在組成為0.5%NH4Cl(NaF)+2～4%Al+Al2O3，或0.5%NH4Cl+50%FeAl+Al2O3的低活度滲鋁的滲包中，在800℃下滲鍍60min，然后在1000℃或1093℃下反應燒結10hrs，即可得到包括擴散層在內厚度可達100μm的NiCoCrAlY涂層。
由上述方法得到的NiCoCrAlY涂層具有優良的耐蝕性，部分實驗結果參見
圖1～圖3。
采用本發明得到的涂層均勻、性能好，而且工藝簡單、可靠，可適于冶金、機械、電子等一些領域。
圖1為NiCoCrAlY涂層的抗熔鹽腐蝕性能。本實驗采用涂熔鹽膜法，實驗條件為鹽分組成為(75%Na2SO4+25%NaCl)，圖中括號中的數字即代表試樣表面的涂鹽量;實驗溫度為850℃。
圖2為NiCoCrAlY涂層的抗靜態氧化性能(1000℃，空氣中)。
圖3為NiCoCrAlY涂層的抗循環氧化性能(熱循環為1000℃下保溫6min，16℃下保溫4min，空氣中)。
權利要求
1.一種MCrAlX涂層的涂覆方法，先電泳沉積，再包埋滲鍍，其特征在于(1)配制鍍液將微細合金粉(-325mesh)進行表面鈍化預處理，然后將預處理后的合金粉末彌散于含有金屬離子添加劑(可溶性金屬鹽)的無水乙醇中，鍍液溫度保持在室溫，粉末濃度為45～55g/l左右，金屬離子添加劑(可溶性金屬鹽)濃度為0.1～0.5g/l；(2)電泳沉積將試樣放入鍍液中，在100～150V/cm的電場強度下，沉積30～300sec；(3)包埋滲鍍反應燒結將電泳沉積后的試樣在空氣中干燥后，埋入滲包中進行滲鍍燒結處理，滲鍍的溫度工藝一般為先在600～800℃下滲鍍60～90min，再在1000～1093℃下滲鍍5～15hrs。
2.如權利要求1所述的洤覆方法，其特征在于微細合金粉末表面鈍化處理一般可在200～400℃下，烘烤15～30min。
全文摘要
目前國內外用于制備MCrAlX(X——一般代表活性元素)涂層的技術雖然各具優點，但大多存在成本高、工藝繁瑣、不易涂覆形狀復雜和尺寸較大的工件等一些缺點，因此現有涂覆技術的推廣和應用均受到一定程度的限制。本發明在結合電沉積技術和反應燒結技術的基礎上，提出了一種新型的電泳沉積-反應燒結工藝，實現了MCrAlX型涂層的制備。本發明不僅克服了現有技術的許多缺點，而且具有工藝簡單、經濟可靠、易于自動化等一些優點；此外，本發明還適于冶金、機械、電子等多種領域。
文檔編號C23C28/02GK1089666SQ9310018
公開日1994年7月20日 申請日期1993年1月9日 優先權日1993年1月9日
發明者路新瀛, 何業東, 朱日彰 申請人:北京科技大學