渗铝剂中添加无水SmCl3制备Ni-Al高温抗氧化复合涂层

技术领域

本发明涉及一种渗铝剂中添加无水SmCl₃制备Ni-Al高温抗氧化复合涂层，属于表面处理领域。

背景技术

为了提高高温材料的工作效率和使用寿命，在材料表面涂覆复合涂层，增强材料的抗氧化能力，Ni-Al金属间化合物有着优良的高温抗氧化性能，涂覆的Ni-Al合金材料在高温抗氧化方面有着广阔的应用前景。文献Xiang Z D等人所著的Relationship Between Pack Chemistry and Aluminide Coating Formation for Low-Temperature Aluminisation of Alloy Steels，Acta Materialia 2006, 54(17):4453-4463，提供了在P92钢表面采用两步法制备Ni₂Al₃/Ni的复合涂层，即先在材料表面镀一层纯镍，再在650℃下采用粉末包埋渗铝工艺使部分纯镍铝化；武汉科技大学吴道洁提供了在P92钢表面制备了Ni-Al化合物复合涂层，复合涂层存在着亟待解决问题，一是复合涂层随着等温退火时间的延长，孔洞严重增多增大的问题，二是元素扩散的问题；CN102864407A公开了稀土催渗氮碳共渗工艺，得出了稀土具有增加渗层致密度，提高工件的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗铝剂中添加无水SmCl₃制备Ni-Al高温抗氧化复合涂层，制备致密的、热稳定性好的高温抗氧化复合涂层。

技术解决方案：

本发明是以P92铁素体不锈钢经过表面预处理、镀镍后为基体材料，基体材料在低温下包埋渗铝，渗铝剂包含质量百分比为6% Al、2% NH₄Cl、x% 无水SmCl₃和(92-x)% Al₂O₃组份，x分别为0、2、4或6。将配好的四组渗铝剂分别放入刚玉坩埚中，把镀镍的基体材料垂直放入渗铝剂中，将坩埚密封，在温度为650℃下进行热处理，使得在镀镍基体表面上得到致密的渗铝涂层，涂层厚度为20 μm，复合涂层抗氧化速率为0.1715×10^-6~0.2830×10^-6 g/cm²/s。

本发明最优选择渗铝剂中添加无水SmCl₃质量百分比为2%，得到致密的渗铝涂层，涂层厚度为20 μm，复合涂层抗氧化速率为0.1715×10^-6 g/cm²/s。

发明效果

本发明中渗铝剂中添加无水SmCl₃是影响复合涂层致密性和抗氧化性的关键，渗铝剂中添加无水SmCl₃的复合涂层抗氧化性优于未添加无水SmCl₃的复合涂层，但添加过量的无水SmCl₃渗铝层厚度不均匀，降低了复合涂层抗氧化性，添加2%无水SmCl₃的涂层抗氧化性能最佳；渗铝剂中添加无水SmCl₃在热处理过程中不会产生水蒸汽，有利于制备致密的渗铝涂层；无水SmCl₃除了催渗、促渗的作用外，钐原子沿晶界渗入镍层，促进涂层形成Ni-Al金属间化合物，最重要的是可以改善涂层在长时间高温服役环境下的致密性、结合力、热稳定性；在基体表面得到的高温抗氧化涂层，是利用金属间化合物优异的高温稳定性和各元素扩散时的相互制约，从而使此涂层具有较强的高温抗氧化性，该方法具有节能、节材、工艺简便等优点，具有重要的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明渗铝剂中添加2%无水SmCl₃的P92钢复合涂层OM图；

图2为本发明渗铝剂中添加2%无水SmCl₃的P92钢复合涂层XRD图；

图3为本发明渗铝剂中添加2%无水SmCl₃的P92钢复合涂层SEM图。

具体实施方式

实施例1

P92铁素体不锈钢表面预处理后为基体材料，基体材料在瓦特电镀液中镀镍，阳极为镍板，阴极为基体材料，电流密度为2.23 A/dm²，镀镍温度为45℃，时间为2小时，得到基体材料镀镍厚度为100 μm，镀镍的基体材料在低温下包埋渗铝，渗铝剂由6%Al、2%NH₄Cl和92% Al₂O₃质量百分比组成，将配好的渗铝剂分别放入刚玉坩埚中，把镀镍的基体材料垂直放入渗铝剂中部，将坩埚用水玻璃泥密封，坩埚放在箱式电阻炉中进行热处理，热处理温度为650℃，使得在镀镍基体表面上得到致密的渗铝涂层，厚度为20 μm，复合涂层抗氧化速率为0.2830×10^-6 g/cm²/s。

实施例2

P92铁素体不锈钢表面预处理后为基体材料，基体材料在瓦特电镀液中镀镍，阳极为镍板，阴极为基体材料，电流密度为2.23A/dm²，镀镍温度为45℃，时间为2小时，得到基体材料镀镍厚度为100μm，镀镍的基体材料在低温下包埋渗铝，渗铝剂由6% Al、2% NH₄Cl、2%无水SmCl₃和90% Al₂O₃质量百分比组成，将配好的渗铝剂分别放入刚玉坩埚中，把镀镍的基体材料垂直放入渗铝剂中部，将坩埚用水玻璃泥密封，坩埚放在箱式电阻炉中进行热处理，热处理温度为650℃，使得在镀镍基体表面上得到致密的渗铝涂层，厚度为20 μm，复合涂层抗氧化速率为0.1715×10^-6 g/cm²/s。

实施例3

P92铁素体不锈钢表面预处理后为基体材料，基体材料在瓦特电镀液中镀镍，阳极为镍板，阴极为基体材料，电流密度为2.23A/dm²，镀镍温度为45℃，时间为2小时，得到基体材料镀镍厚度100μm，镀镍的基体材料在低温下包埋渗铝，渗铝剂由6% Al、2% NH₄Cl、4%无水SmCl₃和88% Al₂O₃质量百分比组成，将配好的渗铝剂分别放入刚玉坩埚中，把镀镍的基体材料垂直放入渗铝剂中部，将坩埚用水玻璃泥密封，坩埚放在箱式电阻炉中进行热处理，热处理温度为650℃，使得在镀镍基体表面上得到致密的渗铝涂层，厚度为20 μm，复合涂层抗氧化速率为0.2440×10^-6 g/cm²/s。

实施例4

P92铁素体不锈钢表面预处理后为基体材料，基体材料在瓦特电镀液中镀镍，阳极为镍板，阴极为基体材料，电流密度为2.23 A/dm²，镀镍温度为45℃，时间为2小时，得到基体材料镀镍厚度为100 μm，镀镍的基体材料在低温下包埋渗铝，渗铝剂由6% Al、2% NH₄Cl、6%无水SmCl₃和86% Al₂O₃质量百分比组成，将配好的渗铝剂分别放入刚玉坩埚中，把镀镍的基体材料垂直放入渗铝剂中部，将坩埚用水玻璃泥密封，坩埚放在箱式电阻炉中进行热处理，热处理温度为650℃，使得在镀镍基体表面上得到致密的渗铝涂层，厚度为20 μm，复合涂层抗氧化速率为0.2108×10^-6 g/cm²/s。