涂覆于高溫合金表面的β-（Ni，Pt）Al單相合金層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種涂覆于高溫合金表面的β- (Ni，Pt) Α1單相合金層的制備方法，也即具有單一物相的鉑改性鋁化物合金層材料的制備方法。屬于高溫合金表面處理技術領域。本發明可擴大高溫合金(鈦合金、鎳基合金等)在抗氧化性能領域中的應用。
【背景技術】
[0002]高溫合金因其優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，被應用于航空航天、汽車工業、海洋工程、石油化工、醫療衛生等領域(如汽車發動機部件；汽車增壓器渦輪等高溫部件)。但是高溫合金的工作環境極其復雜。基于能源和環境角度考慮，提高燃料利用率，減少廢氣排放，延長高溫合金的使用壽命，要求高溫合金具有更高的使用溫度和抗高溫氧化性能、抗熱機械疲勞性能。
[0003]隨著汽車工業的迅速發展，密度小、強度高、耐熱的鈦合金材料在汽車工業領域中的應用已得到高度重視。鈦合金在汽車發動機上的應用，不僅減重，提高發動機效率，延長壽命，而且減少維修次數，具有很大的開發價值。然而通用鈦合金的抗高溫氧化性能較差，嚴重限制了其應用范圍的進一步擴大。所以采用有效的方法來提高鈦合金的抗高溫氧化性能具有重要意義。
[0004]渦輪增壓器在汽車工業中的應用已成為提高發動機效率，較少廢氣排放的有效手段。然而由于增壓渦輪工作溫度高，轉速高，葉片極易受到高溫燃氣腐蝕，存在著很大的安全隱患。迫于安全和經濟效益的角度考慮，提高增壓渦輪葉片的抗氧化性和熱穩定性就顯得尤為重要，尤其是廢氣增壓渦輪器。
[0005]但是，目前的研究主要在于高溫合金的力學性能研究，合金元素對其性能的影響，摻雜元素對高溫合金進行改性以及加工制造方法研究。對于在高溫合金表面增加摻雜元素改性抗氧化合金層的研究少見報道，而關于具有單一物相的改性抗氧化合金層及其制備方法尚未見相關報道。
[0006]綜上所述，本領域缺乏一種具有單一物相的改性抗氧化合金層。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種涂覆于高溫合金表面的β - (Ni，Pt) A1單相合金層的制備方法，其特征在于具有如下的制備過程和步驟:
1)高溫合金表面電鍍的前處理
首先將高溫合金基體經砂紙打磨后，超聲清洗；然后進行電化學拋光；
A.對高溫合金為鎳基合金的電化學拋光:選用電壓范圍12?14V，用鉛片做陰極，用60?80%硫酸溶液，通電時間彡lmin ；
B.對高溫合金為鈦合金的電化學拋光:選用電壓范圍50?70V，用石墨片做陰極，用混合酸，即 HF (40%): ΗΝ03 (67%) =1:3，通電時間彡 30s ; 2)電鍍N1、Pt
將上述的高溫合金基片放于弱堿性溶液(即Na2C03溶液)中超聲清洗30?40min，然后用酒精清洗吹干；然后分別鍍Ni和鍍Pt ;
電鍍N1:用石墨片做陽極，放于電鍍液中，電鍍液的組成為:氯化鎳180±10g/L，硼酸40±2g/L，十二烷基硫酸鈉0.1±0.02g/L ?’溫度:50?75。C ;pH: 3.5?5 ;電流密度為1?5A/dm2；
電鍍Pt:用99.9%的Pt片做陽極，放于電鍍液中，電鍍液的組成為二亞硝基二氨鉑32±28/1，碳酸鈉80±58/1，乙酸鈉100±10 g/L ;連成回路，直流恒壓沉積Pt層；電壓選用范圍L 5?2.5V，溫度65?75。C; pH9?10，時間L 5?2h;
3)高活性A1原子沉積
將上述電鍍Ni，Pt后的試樣首先置于真空或惰性氣氛保護環境中，在高溫900?1100° C預擴散5?8h ;然后將試樣置于含有A1C13粉末的高溫管式氣氛爐中，在900° C?1100° C，和H2/Ar混合氣氛(或其他還原性氣氛)中，保溫時間6?8h。最終得到單相合金層 β- (Ni, Pt) Alo
[0008]本發明的特點和機理:
1.采用電化學拋光的方法對高溫合金表面進行處理，效率高，得到的表面平整、清潔，表面原子活性高，利于電鍍時鎳、鉑原子的沉積。
[0009]2.采用P鹽、乙酸鈉、碳酸鈉配制的電鍍液，鍍液穩定，操作方便，能得到厚度大于10mm的均勻致密Pt層，且與基底結合牢固，有利于提高下一步生成的單相合金層與基底間結合力。
[0010]3.具有單一結晶相的鉑改性鋁化物合金層，具有外生長結構，能為高溫合金提供更好的抗氧化性和抗熱機械疲勞性能。
[0011]4.具有單一結晶相的鉑改性鋁化物合金層，其特點在于結晶相單一、純凈，高溫環境中穩定的物相與顯微結構，為高溫合金提供更高的熱穩定性。
[0012]5.采用單相作為抗氧化合金層，能夠顯著提高高溫合金的使用溫度，延長持用壽命ο
【附圖說明】
[0013]圖1為電鍍鉑后的合金基片試樣截面形貌SEM照片。從圖中可以看出鍍鉑層均勻，與鎳片結合的界面處接觸良好，經測量厚度多10mm。
[0014]圖2為(a)有單相鉑改性鋁化物抗氧化合金層保護與(b)無合金層保護熱循環氧化后的表面形貌對比。從圖中可以看出經過熱循環腐蝕后，單相鉑改性鋁化物抗氧化合金層比表面裸露的高溫合金表現出更加優異的抗氧化性能。
[0015]圖3為單相鉑改性鋁化物抗氧化合金層的截面形貌SEM照片及元素線掃描結果分析圖，從圖中可看出其生長方式為外生長。
[0016]圖4為熱循環氧化后的單相鉑改性鋁化物抗氧化合金層截面線掃描結果分析圖，從圖中可看出元素相對含量變化不大，表明其在熱循環中具有較高的熱穩定性。
【具體實施方式】
[0017]現將本發明的具體實施例敘述于后。
[0018]實施例一:
1)鎳基合金表面電鍍的前處理
首先將鎳基合金(50*50mm)經砂紙打磨后，超聲清洗，用直流電源恒壓12V，用鉛片做陰極，放于硫酸溶液(100ml濃硫酸，80ml去離子水)中，通電2min。
[0019]2)電鍍 N1、Pt
將上述的基片放于他20)3溶液中超聲清洗30min，然后用酒精清洗吹干。用99.9%的Pt片做陽極，放于電鍍液(2.5gP鹽，8.2g乙酸鈉，10.6g碳酸鈉，100ml去離子水)中連成回路，直流恒壓1.8V，溫度60。C，pH=9,時間4.5h。
[0020]3)高活性A1原子沉積
將上述電鍍N1、Pt的試樣置于真空環境900° C，時間5h。然后置于含有0.48六1(:13粉末的管式氣氛爐中，980° C，H2/Ar混合氣氛，時間4h。
[0021]實施例二:
1)鈦合金表面電鍍的前處理
首先將鈦合金(50*50mm)經砂紙打磨后，超聲清洗；
用恒壓直流電源70V，用石墨做陰極，形成電解回路，放于95%冰醋酸、5%高氯酸混合液中，通電時間10s，陽極高溫合金發生氧化反應，使表面形成化學活性基團，提高后續N1、Pt沉積的效率鈦合金表面電化學拋光步驟
2)電鍍N1、Pt
將上述的基片放于Na2C03S液中超聲清洗30min，然后用酒精清洗吹干。
[0022]電鍍N1:用石墨片做陽極，放于電鍍液(200g/L氯化鎳，40g/L硼酸，0.lg/L十二烷基硫酸鈉)中；溫度:50° C ；pH:3.5?4.5 ;電流密度為lA/dm2
電鍍Pt:用99.9%的Pt片做陽極，放于電鍍液(3.2gP鹽，8.2g乙酸鈉，10.6g碳酸鈉，100ml去離子水)中連成回路，直流恒壓1.8V，溫度70。C，pH彡9，時間3h。
[0023]3 )高活性A1原子沉積
將上述電鍍N1、Pt的試樣置于真空環境900° C，時間5h。然后置于含有0.58六1(:13粉末的管式氣氛爐中，1020° C，H2/Ar混合氣氛，時間6h。在該條件下，氣化的高活性A1原子不斷沉積在Pt層表面的同時，電鍍層中的N1、Pt向外擴散進沉積的A1層，形成外生長結構的單相合金層材料。
【主權項】
1.一種涂覆于高溫合金表面的β- (Ni，Pt)Al單相合金層的制備方法，其特征在于具有如下的制備過程和步驟: 1)高溫合金表面電鍍的前處理 首先將高溫合金基體經砂紙打磨后，超聲清洗；然后進行電化學拋光； A.對高溫合金為鎳基合金的電化學拋光:選用電壓范圍12?14V，用鉛片做陰極，用60?80%硫酸溶液，通電時間彡Imin ； B.對高溫合金為鈦合金的電化學拋光:選用電壓范圍50?70V，用石墨片做陰極，用混合酸，即 HF (40%): HNO3 (67%) =1:3，通電時間彡 30s ; 2)電鍍N1、Pt 將上述的高溫合金基片放于弱堿性溶液(即Na2CO3溶液)中超聲清洗30?40min，然后用酒精清洗吹干；然后分別鍍Ni和鍍Pt ; 電鍍N1:用石墨片做陽極，放于電鍍液中，電鍍液的組成為:氯化鎳180±10g/L，硼酸40±2g/L，十二烷基硫酸鈉0.1±0.02g/L ?’溫度:50?75。C ;pH: 3.5?5 ;電流密度為I?5A/dm2； 電鍍Pt:用99.9%的Pt片做陽極，放于電鍍液中，電鍍液的組成為二亞硝基二氨鉑32±28/1，碳酸鈉80±58/1，乙酸鈉100±10 g/L ;連成回路，直流恒壓沉積Pt層；電壓選用范圍L 5?2.5V，溫度65?75。C; pH9?10，時間L 5?2h; 3)高活性Al原子沉積 將上述電鍍Ni，Pt后的試樣首先置于真空或惰性氣氛保護環境中，在高溫900?1100° C預擴散5?8h ;然后將試樣置于含有AlCl3粉末的高溫管式氣氛爐中，在900° C?1100° C，和H2/Ar混合氣氛(或其他還原性氣氛)中，保溫時間6?8h，最終得到單相合金層 β- (Ni, Pt) AL.
【專利摘要】本發明涉及一種涂覆于高溫合金表面的β-（Ni，Pt）Al單相合金層的制備方法，也即涉及具有單一物相的鉑改性鋁化物合金層材料及其制備方法。它可以提高高溫合金（鈦合金、鎳基合金等）抗氧化性能，擴大在該領域中的應用。所述鉑改性鋁化物合金層材料由單相b-（Ni，Pt）Al構成，具有外生長結構，以及含量為5～15at%的Pt。如上所述單相合金層材料的制備方法包括如下步驟：高溫合金表面電化學拋光步驟，電鍍Ni、Pt步驟，高活性Al原子沉積步驟。所述單相合金層材料為高溫合金提供較高的抗氧化性，具有高的熱穩定性和抗熱機械疲勞性能。
【IPC分類】C25D5/12, C23C10/30, C25D5/40
【公開號】CN105350042
【申請號】CN201510709275
【發明人】羅宏杰, 葉利亞, 陳宏飛, 高彥峰, 楊光
【申請人】上海大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月28日