一种Ta12W合金高温抗氧化涂层材料及其制备方法与流程

本发明涉及涂层材料，具体涉及一种ta12w合金高温抗氧化防护涂层材料及其制备方法，旨在提供具有优异的高温抗氧化性、热震性能和良好的涂层与基材的粘附性的涂层材料。

背景技术：

1、在当前的钽合金研究和应用领域，主流技术采纳的涂层配方多基于si-cr-ti-zr、si-ti-hf-mo，以及在底层应用mosi2+zr+tib2，面层则采用si+w+hf的复合材料。这些配方的制备技术涵盖了料浆浸涂法、喷涂法、磁控溅射、包渗法等多种方式，旨在通过表面处理显著提升钽合金的高温抗氧化性能及保持其在高温下的力学性能。特别地，ta10w合金经过涂层处理后，广泛应用于宇航器燃烧室、导弹发动机鼻锥、紧固件、排气管及其他关键高温部件中，其高温抗氧化性能达到了1800℃下维持25小时，1900℃下维持5小时的显著效果，并已在市场上得到实际应用。

2、然而，关于ta12w合金的高温抗氧化涂层研究，在国内仅有《钽合金高温抗氧化铱涂层制备》一篇论文报道。该研究通过磁控溅射方法在ta12w合金表面先制备金属ni过渡层，再通过电镀方法涂覆铱涂层，旨在探索其在1700℃下的高温抗氧化性能，持续时间为15分钟。尽管这为ta12w合金高温抗氧化涂层研发提供了初步的探索，但专利领域中尚未有相关的发表。

3、针对这一技术空白，本发明提出了一种ta12w合金的高温抗氧化防护涂层材料及其制备方法，旨在满足该合金在极端高温条件下的工作需求，并进一步延长其使用寿命。本发明的涂层不仅具有紧密的表面结构和良好的与基材的粘附性，而且在1900℃的极端条件下，抗氧化涂层寿命可以超过2小时，在1800℃下可以超过18小时，同时在800～1800℃的空冷热震条件下，涂层寿命超过200次。

4、与此同时，其他类似专利的探索也为本领域提供了宝贵的参考。例如，中国专利申请号cn201710489407.9中公开了一种钽及钽合金表面si-b-y涂层的制备方法，该方法强调了试样表面的预处理、渗剂的球磨细化以及高温炉中的升温、保温和冷却处理，能够显著提升基体合金的高温抗氧化性能，同时兼顾耐腐蚀磨损性能。此外，cn201510216664.6.9和cn201811618657.9的专利文献展示了钽钨合金抗氧化涂层的不同配方和制备方法，提供了钽钨合金在高温环境下的防护解决方案。

5、通过比较，可以看出，尽管现有技术在提升钽合金高温抗氧化性能方面已取得一定成果，但关于ta12w合金特定高温抗氧化涂层的研发仍处于初步探索阶段。本发明通过简化的制备工艺和低成本的实现方式，旨在为ta12w合金及类似高温应用场景提供更为高效、可靠的高温防护涂层解决方案，填补技术空白，推动相关技术的发展和应用。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有钽合金涂层技术在面对极端高温、长期耐久性以及耐冲刷性等方面的局限性，提出了一种新型的ta12w合金高温抗氧化涂层材料及其制备方法。此技术不仅提高了涂层的高温抗氧化能力和热震性能，而且优化了涂层与基材之间的粘附力，确保了涂层的长期稳定性和抗裂性能。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种ta12w合金高温抗氧化涂层材料，所述涂层材料的组分按质量百分比计包括：钼(mo)4～5wt％，铬(cr)及其化合物4～5wt％，氧化钽(ta2o5)2～3wt％，氧化铪(hf)及其化合物1～2wt％，二硅化钼(mosi2)2～3wt％，钛(ti)1～2wt％，二氧化锆(zro2)3～4wt％，氧化钇(y2o3)0.5～1.2wt％，氧化钪(sc2o3)0.5～1wt％，及硅(si)73.8～82wt％。

4、具体地，所述材料中的所有成分均以300目以下的粉体形式存在。

5、所述ta12w合金高温抗氧化涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

6、a)将前述定义的成分与聚乙二醇混合，形成混合料，所述聚乙二醇占所述混合料总质量的1～2％；

7、b)向所述混合料中加入无水乙醇作为添加剂，其添加量占混合后总质量的30～40％；

8、c)对所述混合料进行5-8小时的研磨处理，以制备出涂层浆料；

9、d)将所述涂层浆料喷涂或浸涂于ta12w合金基体上；

10、e)将涂覆后的合金基体放置于真空炉中，在1530～1600℃下进行烧结，烧结时间为40～60分钟，以形成高温抗氧化涂层，其中真空度优于1.0×10-3pa。

11、优选地，所制备的高温抗氧化涂层厚度为100～140μm。

12、本发明还提供一种使用前述涂层材料的ta12w合金部件，所述部件表面覆盖有根据前述方法制备的高温抗氧化涂层，该涂层能在1900℃的高温条件下保持2小时以上的高温抗氧化性能，且在1800℃的高温条件下保持18小时以上的抗氧化性能。

13、所述部件在800至1800℃的温度范围内具有200次以上的热震寿命。

14、通过以上方案，本发明还提供了一种使用前述涂层材料的ta12w合金部件在航空、航天飞行器、高温工业设备及化工行业中的应用，所述部件表面的高温抗氧化涂层提供了优异的高温抗氧化性、热震稳定性及耐冲刷性，满足了高温环境下的应用需求。

15、本发明制备的ta12w合金高温抗氧化涂层，在提供卓越的高温抗氧化性能的同时，还具备了优异的热震稳定性和与基材的强粘附力，使得该涂层能够承受高达1900℃的极端温度。在航空、航天等领域的快速技术发展背景下，该涂层的开发不仅为ta12w合金及其应用提供了更高的性能保障，也拓宽了其在高温工业设备和化工行业中的应用前景。

16、采用本发明的高温抗氧化涂层材料，相比于未涂覆的ta12w合金基材，展现了显著改善的性能特征。这种独特的涂层不仅确保了在极端高温环境下的性能稳定性，还有效避免了涂层的开裂问题，同时显著提升了材料的高温抗氧化能力。在对比分析中，原始的ta12w合金在未经任何防护处理的条件下，其抗氧化能力仅限于1200℃时的30分钟内。而应用本发明技术后，涂层材料不仅使得ta12w合金在1800℃高温下的抗氧化寿命延长至18小时，更在1900℃的极端高温条件下保持了2小时的抗氧化性能，且试片保持完好无损。

技术特征：

1.一种ta12w合金高温抗氧化涂层材料，其特征在于，所述涂层材料的组分按质量百分比计包括：钼(mo)4～5wt％，铬(cr)及其化合物4～5wt％，氧化钽(ta2o5)2～3wt％，氧化铪(hf)及其化合物1～2wt％，二硅化钼(mosi2)2～3wt％，钛(ti)1～2wt％，二氧化锆(zro2)3～4wt％，氧化钇(y2o3)0.5～1.2wt％，氧化钪(sc2o3)0.5～1wt％，及硅(si)73.8～82wt％。

2.根据权利要求1所述的ta12w合金高温抗氧化涂层材料，其特征在于，所述材料中的所有成分均以300目以下的粉体形式存在。

3.一种ta12w合金高温抗氧化涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所制备的高温抗氧化涂层厚度为100～140μm。

5.一种使用权利要求1或2所述材料的ta12w合金部件，其特征在于，所述部件表面覆盖有根据权利要求3所述方法制备的高温抗氧化涂层，该涂层能在1900℃的高温条件下保持2小时以上的高温抗氧化性能，且在1800℃的高温条件下保持18小时以上的抗氧化性能。

6.根据权利要求5所述的ta12w合金部件，其特征在于，所述部件在800至1800℃的温度范围内具有200次以上的热震寿命。

7.一种使用权利要求1或2所述材料的ta12w合金部件在航空、航天飞行器、高温工业设备及化工行业中的应用。

技术总结
本发明提供了一种Ta12W合金高温抗氧化涂层材料及其制备方法，旨在解决现有钽合金涂层技术在极端高温环境下的保护能力不足的问题。通过精心设计的材料配比和制备流程，本发明成功开发出一种能够显著提高Ta12W合金在高温条件下的抗氧化性能、热震稳定性以及耐冲刷性的高温抗氧化涂层。该涂层材料主要由Mo、Cr及其化合物、Ta2O5、Hf及其化合物、MoSi2、Ti、ZrO2、Y2O3、Sc2O3及Si等组成，所有成分均以粉体形式存在，并通过研磨、混合、涂层和烧结等工艺步骤制备而成。本发明的涂层技术不仅适用于航空、航天领域，还可广泛应用于高温工业设备和化工行业中，具有广阔的市场应用前景和显著的经济效益。

技术研发人员：白晓东,赵刚,刘尖,王立斐,王强
受保护的技术使用者：宁夏东方钽业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23