CN107267915A - 一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法 - Google Patents
一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107267915A CN107267915A CN201710489407.9A CN201710489407A CN107267915A CN 107267915 A CN107267915 A CN 107267915A CN 201710489407 A CN201710489407 A CN 201710489407A CN 107267915 A CN107267915 A CN 107267915A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tantalum
- coating
- infiltrated
- agent
- preparing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000003961 penetration enhancing agent Substances 0.000 title 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 48
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 10
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 9
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 claims description 8
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 5
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000002357 osmotic agent Substances 0.000 claims 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 30
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 12
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 28
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002624 Hf–Ta Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces
- C23C12/02—Diffusion in one step
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明属于高温涂层技术领域，具体涉及一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法。本发明公开了渗剂的组成，按重量百分比计为：12%‑17%被渗元素Si（纯度≥99%），1.0%‑2.0%被渗元素Y2O3（纯度≥99%），1.0%‑2.0%被渗元素B（纯度≥98%），5%‑8%催化剂NaF（分析纯），余量为填充物Al2O3。本发明还公开了涂层的制备方法：首先对试样表面预处理，然后将配好的渗剂球磨细化，再将试样及渗剂装入渗罐并密封，随后将渗罐置于高温炉中升温、保温，冷却，最后取出试样清洗、烘干。所得涂层结构均匀致密，与基体结合良好，可显著提高基体合金的热防护性能，主要为高温抗氧化性能、兼顾耐腐蚀磨损性能，可耐受1000℃高温长达100h以上。该法所需设备简单、工艺可靠、成本低廉，适于生产应用。
Description
技术领域
本发明属于高温涂层技术领域，具体涉及一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂及方法。
背景技术
钽属VB族难熔金属，熔点高达3033℃，而且具有良好的高温强度，最有望成为高温结构材料的候选材料。因此，国内外针对钽合金制备技术、成分设计、组织结构控制以及抗氧化性能方面已进行了20多年的研究工作。然而，钽合金在高温下的抗氧化性能较差，纯钽甚至在600℃就发生“pest”氧化现象，成为制约其应用的主要瓶颈之一。
目前提高钽基合金表面抗高温氧化性能的研究主要集中两个方面：1）合金化改性；2）涂覆层进行保护（唐勇,杜继红,李争显等.钽合金高温抗氧化复合涂层制备研究[J].表面技术，2013,42(6):59-61.）。研究表明，通过添加Hf, W, Al, Cr, B, Ge和Y等元素进行多元合金化可在一定程度上改善钽合金的高温抗氧化性能。但这种方法还不能彻底解决钽合金的抗氧化性问题，因为经多元合金化后的钽合金在氧化后大都生成非保护性的氧化物如Ta2O5, TiTa2O7和Ti2Ta10O29等，同时，添加过多合金化元素会明显降低合金的高低温力学性能，所以具有局限性。
表面涂层防护是兼顾钽合金高低温力学性能和抗氧化性能切实而有效的途径。在众多涂层体系中，硅化物涂层熔点高，具有良好的热稳定性，使用温度高，具有自愈能力，因而具有很强的抗氧化能力。因此目前国内外的研究也都集中在硅化物涂层体系上。根据国内外研究水平及现状，目前在钽合金上研究和发展的硅化物涂层还存在的主要问题是：（1）本身脆性，会导致大量裂纹的产生；（2）SiO2氧化膜流动性差，不能有效防护基体，易剥落而失去保护性。因此需要添加活性元素对其进行改性，以提高涂层的抗氧化能力。
已有文献报道通过添加B来控制涂层的生长过程，抑制硅化物涂层中裂纹的形成，并利用氧化形成B2O3的低熔点性来提高氧化膜的流动性，从而有效弥合裂纹和孔洞的方法。稀土元素钇(Y) 及其氧化物(Y2O3)具有极高的熔点。钇(Y) 可以提高涂层的高温抗氧化性能；氧化钇具有优良的耐热、耐腐蚀和高温稳定性。
中国专利申请201510917594.7公开了一种钽合金表面改性复合Hf-Ta涂层，由以下质量百分比的成分组成：Ta 19.5％～24.5％，Si 0.5％～ 2.5％，B 0.5％～1.2％，Al0.5％～ 2.5％，Cr 0.5％～2.0％，余量为Hf；同时还公开了采用料浆熔烧法制备涂层。中国专利申请201110024938.3的发明专利“高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法”，公开了高温抗氧化材料的组分为：Ta为1.5-4.8Wt%，W为5.2-8.7Wt%，Cr为11.2-15.4Wt%，Ni为2.3-5.7Wt%，B为1.3-1.6Wt%，NaF为0.4-0.8Wt%，Y为1.1-2.3Wt%，余量为Si；同时也公开了采用料浆熔烧法制备涂层；该配方包含8种成分，较为复杂。上述两件发明专利申请所制备的涂层会存在较多孔洞，与基体的结合力欠佳，高温抗氧化寿命相对较短。目前，有关钽合金表面B、Y改性硅化物涂层配方及采用包埋渗技术制备涂层方面的报道尚属空白。
因此，研究既能克服硅化物涂层本身脆性易产生裂纹和SiO2氧化膜流动性差的问题，又能显著提高硅化物涂层高温抗氧化寿命，且配方更为简单的钽合金表面热防护的B、Y改性硅化物涂层及包埋渗制备技术，对钽及钽合金的应用具有重要意义。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的是提供一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，由该渗剂制备的涂层可显著提高钽及钽合金的高温抗氧化寿命，改善高温热防护性能，可为钽及钽合金在高温氧化环境以及烧蚀环境中提供较长时间的防护。
本发明的另一个目的是提供一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：12%-17%被渗元素Si，1.0%-2.0%被渗元素Y2O3，1.0%-2.0%被渗元素B，5%-8%催化剂NaF，余量为填充物Al2O3。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：13%-16%被渗元素Si，1.0%-1.9%被渗元素Y2O3，1.0%-1.9%被渗元素B，6%-8%催化剂NaF，余量为填充物Al2O3。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：12%被渗元素Si，1.0%被渗元素Y2O3，1.0%被渗元素B，5%催化剂NaF，余量为填充物Al2O3。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，所述被渗元素Si的纯度≥99%、被渗元素Y2O3的纯度≥99%、被渗元素B的纯度≥98%、催化剂NaF为分析纯；所述被渗元素Si、被渗元素Y2O3、被渗元素B、催化剂NaF和填充物Al2O3均为粉末状，粒度≥80目。
另外，本发明还提供了一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
① 试样预处理：试样经200#-400#砂纸打磨后放入乙醇溶液中超声清洗，随后吹干待用；
② 渗剂配制：按照重量百分比计，称取12%-17%被渗元素Si、1.0%-2.0%被渗元素Y2O3、1.0%-2.0%被渗元素B、5%-8%催化剂NaF、余量为填充物Al2O3的粉末，置于球磨机中研磨；将球磨后的渗剂置于烘箱中烘干，随后置于干燥皿中待用；
③ 装样：把渗剂装入渗罐，并把试样均匀埋入渗剂中，保证距试样表面1cm的厚度内为渗剂；将装有试样的渗罐加盖并用密封剂密封；
④ 升温：将渗罐置于高温电阻炉中，高温电阻炉等速升温1h至150℃，随后以13℃／min的速度等速升温至1180℃-1220℃；
⑤ 保温：在1180℃-1220℃保温2h-4h，然后取出渗罐；
⑥ 冷却：将渗罐空冷至室温；
⑦ 取样：打开渗罐，取出包埋渗后的试样；
⑧ 清洗烘干：将包埋渗后的试样放入乙醇中清洗，在烘厢中烘干，得到在钽及钽基合金表面渗有Si-B-Y的高温抗氧化涂层。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤①中所述乙醇溶液为无水乙醇，优选为分析纯，浓度≥99.7%；步骤①中所述超声清洗时间为5 min -10 min。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤②中所述球磨机转速为 30r/min-40r/min，所述研磨时间为90min-240min，所述球磨后的渗剂粒度≥300目；步骤②中所述烘干温度为100℃-120℃，烘干时间为1.0h-1.5h。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤③中所述密封剂的配制方法为：取100g高温黏土，加入20ml硅溶胶，搅拌成糊状。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤⑧中所述乙醇为无水乙醇，优选为分析纯，浓度≥99.7%，所述烘干温度为100℃-120℃，烘干时间为4min-6 min。
上述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤⑧所得涂层厚度为20μm-40μm。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明在渗剂配方方面，添加了稀土元素Y，能够起到促渗、细化晶粒、提高氧化膜抗剥落的能力，同时Si元素作为高温涂层主要元素，在氧化过程中形成的SiO2有自愈合能力，B元素在氧化过程中会形成低熔点的B2O3，能提高氧化膜的流动性，从而有效的弥合裂纹及孔洞，因而制成的Si-B-Y涂层既能克服硅化物涂层本身脆性易产生裂纹和SiO2氧化膜流动性差的问题，且配方更为简单。
2、本发明Si-B-Y涂层的组织均匀、致密，涂层与基体为冶金结合，因此具有良好的结合力，高温氧化试验表明Si-B-Y涂层具有良好的抗高温氧化能力，可显著提高硅化物涂层高温抗氧化寿命，改善高温热防护性能，兼顾耐腐蚀磨损性能，可为钽及钽合金在高温氧化环境以及烧蚀环境中提供较长时间的防护，可耐受1000℃高温长达100h以上。
3、本发明Si-B-Y涂层制备所需设备简单、成本低廉、工艺稳定可靠，在升温保湿过程中不需要抽真空，操作方便、易于实现，适于生产和应用，对钽及钽合金的应用具有重要意义。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1(a)为采用本发明实施例1所获得的Si-B-Y涂层表面的显微形貌图；
图1(b)为采用本发明实施例1所获得的Si-B-Y涂层截面的显微形貌图；
图2(a)为采用本发明实施例2所获得的Si-B-Y涂层表面的显微形貌图；
图2(b)为采用本发明实施例2所获得的Si-B-Y涂层截面的显微形貌图；
图3(a)为采用本发明实施例3所获得的Si-B-Y涂层表面的显微形貌图；
图3(b)为采用本发明实施例3所获得的Si-B-Y涂层截面的显微形貌图；
图4为采用本发明实施例1所获得的Si-B-Y涂层截面的相组成图；
图中，1：Si-B-Y涂层、2：基材；
图5为本发明Si-B-Y涂层制备方法流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：12%被渗元素Si（纯度≥99%），1.0%被渗元素Y2O3（纯度≥99%），1.0%被渗元素B（纯度≥98%）、5%催化剂NaF（分析纯），余量为填充物Al2O3。
本实施例的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，包括以下步骤：
① 将试样钽经200#、300#和400#砂纸打磨后放入分析纯无水乙醇中超声清洗5min，随后吹干待用；
② 配制渗剂：按照重量百分比计，称取100目的12%被渗元素Si、1.0%被渗元素Y2O3、1.0%被渗元素B、5%催化剂NaF、余量为填充物Al2O3的粉末，混合；将配制好的渗剂置于球磨机中，以转速40 r/min研磨，研磨时间为120min；将球磨后的渗剂置于烘箱中烘干，烘干温度100℃，烘干时间为1h；
③ 装样：把渗剂装入渗罐，并把试样均匀埋入渗剂中，保证距试样表面1cm的厚度内为渗剂；将装有试样的渗罐加盖并用密封剂密封。密封剂的配制方法为：取100g高温黏土，加入20ml硅溶胶，搅拌成糊状；
④ 升温：将渗罐置于高温电阻炉中，高温电阻炉等速升温1h至150℃，随后以13℃/min的速度升温至1180℃；
⑤ 保温：在1180℃保温2h后取出渗罐；
⑥ 冷却：将渗罐空冷至室温；
⑦ 取样：打开渗罐，将包埋渗后的试样取出；
⑧ 清洗烘干：用无水乙醇（CH3CH2OH≥99.7）清洗，在烘厢中100℃下烘干5min，得到在钽表面Si-B-Y高温抗氧化涂层。
由实施例1所获Si-B-Y涂层的厚度为20μm。
由实施例1所获Si-B-Y涂层表面和截面的显微形貌图分别见图1(a)和图1(b)。
由实施例1所获Si-B-Y涂层截面的相组成图如图4所示，由该图可知，所得涂层主要由富Si的Si2Ta相组成（涂层电子探针成分分析显示，该涂层的化学成分为：70.46Si-1.82Y-2.23B-25.49Ta at.%），因此，Si、B、Y元素实现了复合共渗，且整个涂层质量良好。
高温氧化实验结果表明，Ta基体在1000℃下氧化5h，表面有明显的氧化膜剥落，即发生了氧化破坏；由实施例1所得渗层在1000℃下氧化120h，Si-B-Y涂层完整，未剥落，对基体有保护作用。
实施例2
本实施例的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：15%被渗元素Si（纯度≥99%），1.5%被渗元素Y2O3（纯度≥99%），1.5%被渗元素B（纯度≥98%），6%催化剂NaF（分析纯），余量为填充物Al2O3。
本实施例的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，包括以下步骤：
① 将试样钽经200#、300#和400#砂纸打磨后放入分析纯无水乙醇中超声清洗 5min，随后吹干待用；
② 配制渗剂：按照重量百分比计，称取100目的15%被渗元素Si、1.5%被渗元素Y2O3、1.5%被渗元素B、6%催化剂NaF、余量为填充物Al2O3的粉末，混合；将配制好的渗剂置于球磨机中，以35 r/min的转速研磨，研磨时间为180min；将球磨后的渗剂置于烘箱中烘干，烘干温度100℃，烘干时间为1h；
③ 装样：把渗剂装入渗罐，并把试样均匀埋入渗剂中，保证距试样表面1cm的厚度内为渗剂；将装有试样的渗罐加盖并用密封剂密封；所述密封剂的配制方法为：取100g高温黏土，加入20ml硅溶胶，搅拌成糊状；
④ 升温：将渗罐置于高温电阻炉中。高温电阻炉等速升温1h至150℃，随后以13℃/min的速度升温至1200℃；
⑤ 保温：在1200℃保温3h后取出渗罐；
⑥ 冷却：将渗罐空冷至室温；
⑦ 取样：打开渗罐，将包埋渗后的试样取出；
⑧ 清洗烘干：用无水乙醇（CH3CH2OH≥99.7）清洗，在烘厢中100℃下烘干5min，得到在钽表面Si-B-Y高温抗氧化涂层。
由实施例2所获Si-B-Y涂层的厚度为24μm。
由实施例2所获Si-B-Y涂层表面和截面的显微形貌图分别见图2(a)和图2(b)。
由实施例2所获Si-B-Y涂层主要由富Si的Si2Ta相组成（涂层电子探针成分分析显示，该涂层的化学成分为：71.12Si-1.73Y-1.89B-25.26Ta at.%）。高温氧化实验结果表明，Ta基体在1000℃氧化5h，表面有明显的氧化膜剥落，即发生了氧化破坏；由实施例2所得涂层在1000℃氧化130h，Si-B-Y涂层完整，未剥落，对基体有保护作用。
实施例3
本实施例的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：17%被渗元素Si（纯度≥99%），2.0%被渗元素Y2O3（纯度≥99%），2.0%被渗元素B（纯度≥98%），8%催化剂NaF（分析纯），余量为填充物Al2O3。
本实施例的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，包括以下步骤：
① 将试样钽经200#、300#和400#砂纸打磨后放入分析纯无水乙醇中超声清洗 5min，随后吹干待用；
② 配制渗剂：按照重量百分比计，称取100目的17%被渗元素Si、2.0%被渗元素Y2O3、2.0%被渗元素B、8%催化剂NaF、余量为填充物Al2O3的粉末，混合；将配制好的渗剂置于球磨机中，以35r/min的转速研磨，研磨时间为180min；将球磨后的渗剂置于烘箱中烘干，烘干温度100℃，烘干时间为1h；
③ 装样：把渗剂装入渗罐，并把试样均匀埋入渗剂中，保证距试样表面1cm的厚度内为渗剂；将装有试样的渗罐加盖并用密封剂密封；所述密封剂的配制方法为：取100g高温黏土，加入20ml硅溶胶，搅拌成糊状；
④ 升温：将渗罐置于高温电阻炉中，高温电阻炉等速升温1h至150℃，随后以13℃/min的速度升温1.5h至1220℃；
⑤ 保温：在1220℃保温4h后取出渗罐；
⑥ 冷却：将渗罐空冷至室温；
⑦ 取样：打开渗罐，将包埋渗后的试样取出；
⑧ 清洗烘干：用无水乙醇（CH3CH2OH≥99.7）清洗，在烘厢中100℃下烘干5min，得到在钽表面Si-B-Y高温抗氧化涂层。
由实施例3所获Si-B-Y涂层的厚度为30μm。
由实施例3所获Si-B-Y涂层表面和截面的显微形貌图分别见图3(a)和图3(b)。
由实施例3所获Si-B-Y涂层主要由富Si的Si2Ta相组成（涂层电子探针成分分析显示，该涂层的化学成分为：73.81Si-1.77Y-2.07B-22.35Ta at.%）。
高温氧化实验结果表明，Ta基体在1000℃氧化5h，表面有明显的氧化膜剥落，即发生了氧化破坏；由实施例3所得涂层在1000℃氧化125h，Si-B-Y涂层完整，未剥落，对基体有保护作用。
上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以设计出很多其他的修改或优化实施方式，这些修改或优化实施方式将落在本申请公开的范围之内。
Claims (10)
1.一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：12%-17%被渗元素Si，1.0%-2.0%被渗元素Y2O3，1.0%-2.0%被渗元素B，5%-8%催化剂NaF，余量为填充物Al2O3。
2.如权利要求1所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：13%-16%被渗元素Si，1.0%-1.9%被渗元素Y2O3，1.0%-1.9%被渗元素B，6%-8%催化剂NaF，余量为填充物Al2O3。
3.如权利要求1所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，按照重量百分比计其组成为：12%被渗元素Si，1.0%被渗元素Y2O3，1.0%被渗元素B，5%催化剂NaF，余量为填充物Al2O3。
4.如权利要求1所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的渗剂，其特征在于，所述被渗元素Si的纯度≥99%、被渗元素Y2O3的纯度≥99%、被渗元素B的纯度≥98%、催化剂NaF为分析纯；所述被渗元素Si、被渗元素Y2O3，被渗元素B、催化剂NaF和填充物Al2O3均为粉末状，粒度≥80目。
5.一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
① 试样预处理：试样经200#-400#砂纸打磨后放入乙醇溶液中超声清洗，随后吹干待用；
② 渗剂配制：按照权利要求1中所述的渗剂组成比例称取Si、Y2O3、B、NaF和Al2O3粉末，混合；然后置于球磨机中研磨；将球磨后的渗剂置于烘箱中烘干，随后置于干燥皿中待用；
③ 装样：把渗剂装入渗罐，并把试样均匀埋入渗剂中，保证距试样表面1cm的厚度内为渗剂；将装有试样的渗罐加盖并用密封剂密封；
④ 升温：将渗罐置于高温电阻炉中，高温电阻炉等速升温1h至150℃，随后以13℃／min的速度等速升温至1180℃-1220℃；
⑤ 保温：在1180℃-1220℃保温2h-4h，然后取出渗罐；
⑥ 冷却：将渗罐空冷至室温；
⑦ 取样：打开渗罐，取出包埋渗后的试样；
⑧ 清洗烘干：将包埋渗后的试样放入乙醇中清洗，在烘厢中烘干，得到在钽及钽基合金表面渗有Si-B-Y的高温抗氧化涂层。
6.如权利要求5所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤①中所述乙醇溶液为无水乙醇，浓度≥99.7%；步骤①中所述超声清洗时间为5 min -10min。
7.如权利要求5所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤②中所述球磨机转速为 30r/min-40r/min，所述研磨时间为90min-240min，所述研磨后的渗剂粒度≥300目；步骤②中所述烘干温度为100℃-120℃，烘干时间为1.0h-1.5h。
8.如权利要求5所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤③中所述密封剂的配制方法为：取100g高温黏土，加入20ml硅溶胶，搅拌成糊状。
9.如权利要求5所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤⑧中所述乙醇为无水乙醇，浓度≥99.7%，所述烘干温度为100℃-120℃，烘干时间为4 min-6 min。
10.如权利要求5所述的一种制备钽及钽合金表面Si-B-Y涂层的方法，其特征在于，步骤⑧所得涂层厚度为20μm-40μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710489407.9A CN107267915A (zh) | 2017-06-24 | 2017-06-24 | 一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710489407.9A CN107267915A (zh) | 2017-06-24 | 2017-06-24 | 一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107267915A true CN107267915A (zh) | 2017-10-20 |
Family
ID=60069641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710489407.9A Pending CN107267915A (zh) | 2017-06-24 | 2017-06-24 | 一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107267915A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108823525A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-16 | 金堆城钼业股份有限公司 | 一种纯钼表面两步包埋硅硼钇抗氧化复合涂层的制备方法 |
| CN108914054A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-30 | 北方民族大学 | 镍基合金表面抗氧化耐热腐蚀Cr-Si-B-Y涂层的制备工艺及其渗剂 |
| CN110863172A (zh) * | 2019-11-16 | 2020-03-06 | 北方民族大学 | 一种Cr-Si-Zr-B渗剂及其在钽及钽合金表面的应用方法 |
| CN112941459A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层及其制备方法 |
| CN113025951A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-25 | 南昌大学 | 一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58177458A (ja) * | 1982-04-12 | 1983-10-18 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ニツケル、クロム合金拡散浸透処理法 |
| CN102534469A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-07-04 | 厦门虹鹭钨钼工业有限公司 | 一种高温抗氧化涂层钼材料及其制备方法 |
| CN102912290A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-02-06 | 西北工业大学 | 一种Nb-Ti-Si基合金表面抗氧化Si-Zr-Y渗层的制备方法 |
| RU2011145048A (ru) * | 2011-11-07 | 2013-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ нанесения многокомпонентного защитного покрытия на изделия из стали или титана |
| CN104911537A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-16 | 西北工业大学 | Nb-Ti-Si基合金表面B-Y改性硅化物涂层及制备方法 |
-
2017
- 2017-06-24 CN CN201710489407.9A patent/CN107267915A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58177458A (ja) * | 1982-04-12 | 1983-10-18 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ニツケル、クロム合金拡散浸透処理法 |
| RU2011145048A (ru) * | 2011-11-07 | 2013-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ нанесения многокомпонентного защитного покрытия на изделия из стали или титана |
| CN102534469A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-07-04 | 厦门虹鹭钨钼工业有限公司 | 一种高温抗氧化涂层钼材料及其制备方法 |
| CN102912290A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-02-06 | 西北工业大学 | 一种Nb-Ti-Si基合金表面抗氧化Si-Zr-Y渗层的制备方法 |
| CN104911537A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-16 | 西北工业大学 | Nb-Ti-Si基合金表面B-Y改性硅化物涂层及制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 曲江龙: "钼表面B,Y改性包埋渗Si涂层研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108823525A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-16 | 金堆城钼业股份有限公司 | 一种纯钼表面两步包埋硅硼钇抗氧化复合涂层的制备方法 |
| CN108914054A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-30 | 北方民族大学 | 镍基合金表面抗氧化耐热腐蚀Cr-Si-B-Y涂层的制备工艺及其渗剂 |
| CN108914054B (zh) * | 2018-07-17 | 2020-07-10 | 北方民族大学 | 镍基合金表面抗氧化耐热腐蚀Cr-Si-B-Y涂层的制备工艺及其渗剂 |
| CN110863172A (zh) * | 2019-11-16 | 2020-03-06 | 北方民族大学 | 一种Cr-Si-Zr-B渗剂及其在钽及钽合金表面的应用方法 |
| CN112941459A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种难熔高熵合金表面抗氧化涂层及其制备方法 |
| CN113025951A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-25 | 南昌大学 | 一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法 |
| CN113025951B (zh) * | 2021-03-02 | 2022-06-07 | 南昌大学 | 一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107267915A (zh) | 一种制备钽及钽合金表面Si‑B‑Y涂层的渗剂及方法 | |
| CN105967759B (zh) | 一种稀土氧化物改性Si-Mo-O梯度抗氧化涂层及制备方法 | |
| CN104862639B (zh) | 一种耐高温耐热腐蚀抗磨损涂层的制备工艺及其渗剂 | |
| CN104831231A (zh) | 一种钼或钼合金表面抗氧化渗层的制备方法 | |
| CN101935166A (zh) | 一种高温抗氧化玻璃陶瓷涂层的制备方法 | |
| CN103387422A (zh) | 在炭材料表面制备碳化硅/二硅化钼复合涂层的方法 | |
| CN102912290B (zh) | 一种Nb-Ti-Si基合金表面抗氧化Si-Zr-Y渗层的制备方法 | |
| CN107937874B (zh) | 一种在铌合金表面制备Pt-Al高温防护涂层的方法 | |
| CN105714294B (zh) | 一种钛基合金抗高温氧化复合涂层的制备方法 | |
| CN106631161B (zh) | 一种在碳基材料表面制备抗高温氧化复合涂层的方法 | |
| CN110387523A (zh) | 一种铌合金表面多层梯度复合高温抗氧化涂层及其制备方法 | |
| CN104911537B (zh) | Nb‑Ti‑Si基合金表面B‑Y改性硅化物涂层及制备方法 | |
| CN113996783B (zh) | 裂纹愈合热障涂层粉体材料的制备方法 | |
| CN108396278A (zh) | 长寿命MCrAlY涂层、制备方法和在热端部件的应用 | |
| CN103014615B (zh) | 钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法 | |
| JP5528559B2 (ja) | 高温水蒸気におけるｔ９１／ｐ９１鋼の耐酸化性を高める前処理方法 | |
| CN103225057B (zh) | TiAl合金表面抗氧化Si-Ce-Y渗层的制备工艺 | |
| CN108823525A (zh) | 一种纯钼表面两步包埋硅硼钇抗氧化复合涂层的制备方法 | |
| CN106435460B (zh) | 一种铌合金表面高温耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN105177536A (zh) | 一种铌合金表面含微米颗粒的抗高温氧化复合涂层的制备方法 | |
| CN102167512A (zh) | 钛合金用碳化硅掺杂玻璃-陶瓷涂料 | |
| CN114107888B (zh) | 一种含有TaB扩散障层的新型钽基Si-Mo-ZrB2复合涂层及其三步制备法 | |
| CN107267914A (zh) | 一种Ti2AlNb合金表面两步法制备Si‑Al‑Y复合渗层的方法 | |
| CN104313541B (zh) | 采用两步法在Nb基超高温合金表面制备抗氧化Zr-Y改性硅化物渗层的制备方法 | |
| CN1166807C (zh) | 提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171020 |