一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂层的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种制备热障涂层的方法。
【背景技术】
[0002] 热障涂层广泛应用于高温环境下工作工件的热防护，起到隔热、抗氧化和抗高温 气流热冲蚀的作用。从材料的角度，热障涂层可以分为金属和陶瓷两大类：其中金属热障涂 层包括，MCrAlY (M为Ni、Fe、Co等金属）、NiAl、NiWB等；陶瓷热障涂层材料包括，Zr02 (氧 化钇稳定）、A1203、稀土锆酸盐和多元稀土氧化物等，其中以氧化锆最为常用。金属热障涂 层主要适用于温度1200°C以下的工作环境。目前热障涂层的制备方法主要为电子束物理 气相沉积、热喷涂（等离子体喷涂、火焰喷涂等）、离子镀（多弧离子镀和磁控溅射离子镀） 和激光熔覆等。这些热障涂层制备技术都需要价格昂贵的设备，大大提高了涂层的成本，使 得表面需要热障涂层防护的工件的成本也相应大幅增加。
[0003] 电火花沉积是一种广泛应用的模具表面修复技术。它是利用正极性的电极和负极 性的模具待修复表面接触时，瞬间产生的火花电弧熔化电极材料，电极熔滴转移到模具表 面损伤区，从而实现损伤表面修复的一种技术。电火花沉积设备的特点是价格低、手工操 作，灵活性强、无环境污染，但电火花沉积存在无法制备陶瓷性质热障涂层的技术局限。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要解决现有在工件上制备热障涂层的方法需要价格昂贵的设备， 提高了工件的成本的问题，提供一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂层的方 法。
[0005] 一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂层的方法具体是按以下步骤完 成的：
[0006] 一、沉积金属热障涂层：以金属热障涂层为阳极，以工件为阴极，使用电火花沉积 设备将金属热障涂层沉积到工件表面，得到表面沉积金属热障涂层的工件；
[0007] 步骤一中所述的电火花沉积工艺参数为：放电电压50V~200V，放电电容为 40 y F~1200 y F，保护气为氩气，保护气氩气的气体流量为50sccm~lOOOsccm，沉积速率 为 5min/cm2~300min/cm2;
[0008] 步骤一中所述的金属热障涂层为NiCrAlY合金、NiAl合金或NiWB合金；
[0009] 二、沉积金属层：以纯金属为阳极，以表面沉积金属热障涂层的工件为阴极，使用 电火花沉积仪将纯金属沉积到金属热障涂层上，得到表面沉积有金属热障涂层和金属层的 工件；
[0010] 步骤二中所述的电火花沉积工艺参数为：放电电压50V~150V，放电电容为 40 y F~800 y F，保护气为氩气，保护气氩气的气体流量为50sccm~lOOOsccm，沉积速率为 5min/cm2~300min/cm 2;
[0011] 步骤二中所述的纯金属为Zr或A1 ;
[0012] 三、金属层微弧氧化转为氧化物热障层：
[0013] 将表面沉积有金属热障涂层和金属层的工件置于电解液中，表面沉积有金属热 障涂层和金属层的工件与电源的正极相连接，作为阳极，不锈钢的电解槽与电源的负极相 连接，作为阴极；采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为5A/dm 2~30A/dm2、电源频率 为lKHz~30KHz、占空比为10%~50%，电解液的温度为30°C~40°C和电解液的pH值为 10~14的条件下微弧氧化反应5min~180min，得到表面形成有热障涂层的工件；
[0014] 步骤三中所述的电解液为Na2Si〇jP KOH的混合溶液；所述的电解液中Na #103的 浓度为l〇g/L~15g/L，KOH的浓度为lg/L~2g/L。
[0015] 本发明的优点：
[0016] 本发明不但具有传统电火花沉积技术成本低、灵活性强的优势，同时还解决了电 火花沉积无法制备陶瓷性质热障涂层的技术局限，可以在任意金属基体上沉积复合热障涂 层；除此以外，相对于气相沉积、热喷涂和离子镀等传统热障涂层涂覆技术，电火花涂覆热 障涂层还具有操作灵活的优势，不受工件尺寸和形状的限制：既可以处理大尺寸工件，又可 以对局部位置进行涂覆，还适合于在细长管内壁、深盲孔、复杂曲面、受遮挡部位等传统热 障涂层制备方法无法处理的部位涂覆热障涂层。
[0017] 本发明可获得一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂层的方法。
【附图说明】
[0018] 图1为试验一步骤三得到的表面形成有热障涂层的工件的SEM图；图1中A区域 为GH4169合金，B区域为NiCrAlY合金层，C区域为21〇 2层；
[0019] 图2为图1中C区域Zr02层的XRD谱图，图2中1为t-Zr0 2,2为m-Zr02。
【具体实施方式】
[0020]
【具体实施方式】一：本实施方式是一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂 层的方法具体是按以下步骤完成的：
[0021] 一、沉积金属热障涂层：以金属热障涂层为阳极，以工件为阴极，使用电火花沉积 设备将金属热障涂层沉积到工件表面，得到表面沉积金属热障涂层的工件；
[0022] 步骤一中所述的电火花沉积工艺参数为：放电电压50V~200V，放电电容为 40 y F~1200 y F，保护气为氩气，保护气氩气的气体流量为50sccm~lOOOsccm，沉积速率 为 5min/cm2~300min/cm2;
[0023] 步骤一中所述的金属热障涂层为NiCrAlY合金、NiAl合金或NiWB合金；
[0024] 二、沉积金属层：以纯金属为阳极，以表面沉积金属热障涂层的工件为阴极，使用 电火花沉积仪将纯金属沉积到金属热障涂层上，得到表面沉积有金属热障涂层和金属层的 工件；
[0025] 步骤二中所述的电火花沉积工艺参数为：放电电压50V~150V，放电电容为 40 y F~800 y F，保护气为氩气，保护气氩气的气体流量为50sccm~lOOOsccm，沉积速率为 5min/cm2~300min/cm 2;
[0026] 步骤二中所述的纯金属为Zr或A1;
[0027] 三、金属层微弧氧化转为氧化物热障层：
[0028] 将表面沉积有金属热障涂层和金属层的工件置于电解液中，表面沉积有金属热 障涂层和金属层的工件与电源的正极相连接，作为阳极，不锈钢的电解槽与电源的负极相 连接，作为阴极；采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为5A/dm 2~30A/dm2、电源频率 为lKHz~30KHz、占空比为10%~50%，电解液的温度为30°C~40°C和电解液的pH值为 10~14的条件下微弧氧化反应5min~180min，得到表面形成有热障涂层的工件；
[0029] 步骤三中所述的电解液为Na2Si〇jP KOH的混合溶液；所述的电解液中Na如03的 浓度为l〇g/L~15g/L，KOH的浓度为lg/L~2g/L。
[0030] 本实施方式的优点：
[0031] 本实施方式不但具有传统电火花沉积技术成本低、灵活性强的优势，同时还解决 了电火花沉积无法制备陶瓷性质热障涂层的技术局限，可以在任意金属基体上沉积复合热 障涂层；除此以外，相对于气相沉积、热喷涂和离子镀等传统热障涂层涂覆技术，电火花涂 覆热障涂层还具有操作灵活的优势，不受工件尺寸和形状的限制：既可以处理大尺寸工件， 又可以对局部位置进行涂覆，还适合于在细长管内壁、深盲孔、复杂曲面、受遮挡部位等传 统热障涂层制备方法无法处理的部位涂覆热障涂层。
[0032] 本实施方式可获得一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂层的方法。
【具体实施方式】 [0033] 二：本实施方式与一不同点是：步骤一中所述的使用 电火花沉积设备将金属热障涂层沉积到工件表面的厚度为20 y m~1500 y m。其他步骤与 一相同。
【具体实施方式】 [0034] 三：本实施方式与一或二之一不同点是：所述的纯金 属沉积到金属热障涂层上厚度为50 y m~800 y m。其他步骤与一或二相同。
【具体实施方式】 [0035] 四：本实施方式与一至三之一不同点是：步骤一中所 述的电火花沉积工艺参数为：放电电压50V~100V，放电电容为40yF~500 yF，保护气 为氩气，保护气氩气的气体流量为50sccm~500sccm，沉积速率为5min/cm2~100min/cm 2。 其他步骤与一至三相同。
【具体实施方式】 [0036] 五：本实施方式与一至四之一不同点是：步骤一中所 述的电火花沉积工艺参数为：放电电压100V~200V，放电电容为500 yF~1200 yF，保 护气为氩气，保护气氩气的气体流量为500sccm~lOOOsccm，沉积速率为100min/cm2~ 300min/cm 2。其他步骤与一至四相同。
【具体实施方式】 [0037] 六：本实施方式与一至五之一不同点是：步骤二中所 述的电火花沉积工艺参数为：放电电压50V~100V，放电电容为40yF~200 yF，保护气 为氩气，保护气氩气的气体流量为50sccm~500sccm，沉积速率为5min/cm2~100min/cm 2。 其他步骤与一至五相同。
【具体实施方式】 [0038] 七：本实施方式与一至六之一不同点是：步骤二中所 述的电火花沉积工艺参数为：放电电压100V~150V，放电电容为200 yF~800 yF，保护气 为氩气，保护气氩气的气体流量为500sccm~lOOOsccm，沉积速率为100min/cm2~300min/ cm 2。其他步骤与一至六相同。
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【具体实施方式】八：本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同点是：步骤三中采 用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为5A/dm 2~10A/dm2、电源频率为lKHz~lOKHz、占 空比为10%~30%，电解液的温度为30°C~35°C和电解液的pH值为10~12的条件下微 弧氧化反应5min~20min，得到表面形成有热障涂层的工件。其他步骤与【具体实施方式】一 至七相同。
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