复合涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种耐高溫抗烧蚀TiB2-MoSi2复合涂层及其制备方法，属于表面技术 领域。
【背景技术】
[0002] 棚化铁(TiBs)具有高的烙点（3225°C)、强度、硬度、弹性模量，良好的耐磨性能和 化学稳定性，W及超高的热导率和电导率。运些综合性能让TiBs在高溫结构件、刀具、轻质 装甲、核工业中的中子吸收、金属烙炼电极W及耐磨部件上成为候选材料。W烧结、烙铸、喷 射沉积等工艺制备致密块体材料的工艺复杂、成本高昂，限制了它的应用。采用涂层技术则 是简化制备工艺、降低制造成本的有效手段【1程汉池，栗卓新，李红等，热喷涂制备TiBs涂 层的研究进展，金属热处理.2007(12)32:17-21】。目前制备TiBs涂层的主要方法有化学气 相沉积法（chemical vapor deposition,缩写为CVD)、脉冲电极沉积法（pulse electrode deposition,缩写为阳S)、超音速火焰喷涂化igh velocity oxy-fuel,缩写为HVOF)和等离 子喷涂（plasma spray ,缩写为PS)等。化oy等采用CVD技术在SiC纤维上制备了TiBs涂层 【2Choy KL,Derby B.Ev曰Iimtion of the efficiency of TiB2曰nd TiC as protective coatings for SiC monofilament in titanium-based composites. Journal of Materials Science，vol. 29，pp. 3774-3780，1994：LTiB2涂层致密且不规则地分布在SiC纤 维周围，结合良好，无裂纹和剥落，起到强化SiC纤维，W及阻止纤维与外界发生化学反应的 作用。但是，CVD技术制备TiBs涂层会在B富集区产生针状TiB第二相，针状相可能会产生应 力集中和微裂纹，从而影响TiBs涂层的保护性能。Agarwal等采用PES技术在铁基合金（1018 钢）上制备了致密、结合牢固、晶粒细小、缺陷较少的陶瓷TiB2涂层【SAgarwa 1 A，Dahotre NB.Pulse electrode deposition of superhard boride coatings on ferrous alloy.Surface and Coatings Technology，vol. 106,卵242-250,1998】。阳S工艺通过放电 电容和电压使高电流和短脉冲相结合，从而导致电极烙化并在基体上沉积成膜。因此它要 求电极材料必须是导电的，运样电极材料才能在电弧内烙化。陈梟等研究了不同喷涂工艺 参数对采用HVOF技术制备的TiB2-50Ni涂层的组织结构、硬度、孔隙率、抗热震性能及耐烙 融侣娃腐蚀性能的影响【4陈梟，纪岗昌，王洪涛等，超音速火焰喷涂工艺对TiB2-50Ni涂层 性能的影响，材料热处理学报.2013(11)34:156-163】。在氧气流量一定的情况下，增大丙烷 的流量，有利于粉末的烙化，增加涂层的致密性。但是，X畑结果显示，涂层中存在Ti2〇3,运说 明有喷涂粉末在喷涂过程中被氧化。等离子喷涂技术由于具有高沉积效率、适于喷涂复杂 形状表面、W及较低的成本，被广泛用于各工业领域。在喷涂过程中，粉末被输送到高达上 万摄氏度的等离子火焰中屯、，然后烙化、加速、沉积到基体上形成涂层。等离子喷涂特点使 得它特别适合于喷涂高烙点材料如B4C、Z巧2、W等【甜U DY，Zheng XB，Niu Y，et al.，Effect of oxidation behavior on the mechanical and thermal properties of plasma sprayed tungsten co曰tings,Journ曰I of Therm曰I Spray Technology,vol.17,pp.377-384,2008】。等离子喷涂法有大气等离子体喷涂、真空等离子体喷涂W及等离子体反应热喷 涂等。在大气等离子体喷涂中，非氧化物粉末会发生氧化，烙化效果不理想，且粒子飞行速 度慢，涂层孔隙率高。真空等离子体喷涂在真空室进行，可进行充分的惰性气氛保护。低压 条件下，等离子体焰流较长，粉末粒子在焰流中加热加速的时间长，烙化效果好，飞行速度 高，涂层和基体的结合强度亦较高【1】。费孝爱等【6X Fei，Y Niu，H Ji et al.，A comparative study of MoSi2C〇atings manufactured by atmospheric and vacuum plasma spray processes ,Ceramics International ,vol. 37 ,pp. 813-817,2011]分另U采用 大气等离子体喷涂和真空等离子体喷涂制备了 MoSi2涂层。大气等离子体喷涂的MoSi2涂层 表面有较多裂纹存在，而真空等离子体喷涂的MoSi2涂层表面未见明显的裂纹。运表明大气 等离子体喷涂MoSi2涂层的内应力较大。
[0003] TiBs块体材料在1200°C下氧化12h后，其氧化增重随氧化时间变化呈现抛物线关 系，运表明TiBs具有抗氧化特性【7Raju GB,Biswas K,Basu B.Microstructural characterization and isothermal behavior of hot-pressed TiB2-10wt % TiSiscomposite.Scripta Mate;rialia,vol .61,卵.104-107,2009】。表面形成的Ti〇2、B2〇3 保护层阻碍了氧向材料内部渗入。但是，B2化在1100°C时开始气化逃逸，表层变得多孔疏松， 氧会进一步向内扩散。研究表明，添加含娃物质（如MoSi2)，可W改善棚化物的高溫抗氧化 性能。娃在高溫下会氧化生成Si化保护膜，阻止氧对内部材料的进一步氧化。牛亚然等【8Y Niu,H Wang,H Li et al.,Dense ZrB2-MoSi2composite coating fabricate by low pressure plasma spr曰y(LPPS),Ceramics Intern曰tion曰I,vol.39,pp.9773-9777,2013] 研究了ZrB2-MoSi2复合涂层在高溫下的抗氧化性能。结果表明，在1500°C下氧化化后，Z巧2-MoSi2复合涂层表面致密且平滑，EDS结果证明表面层为Si化。随着氧化时间的增加，ZrBs-MoSi2复合涂层一直保持氧化增重，显示其具有良好的高溫抗氧化性能。费孝爱等【6】采用 真空等离子体喷涂技术制备了 MoSi2涂层。在1500°C下氧化50h后，MoSi2涂层增重为1.46mg/ cm2，涂层表面形成致密玻璃态Si化。但目前，尚未有关于Ti化-MoSi2复合涂层的报道。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，如纯TiBs涂层在高于Iiocrc的有氧环境下失效加速，本发明旨在 提供一种耐高溫抗烧蚀性的涂层及其制备方法。
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种耐高溫抗烧蚀TiB2-MoSi2复合涂层，所述 TiBs-MoSi海合涂层由主相TiB2和第二相MoSi細成，所述第二相MoSi2体积含量为涂层总体 积含量10~50vol. %。
[0006] 较佳地，所述TiB2-MoSi2复合涂层的厚度为40~200WI1。
[0007] 本发明还提供了一种耐高溫抗烧蚀TiB2-MoSi2复合涂层的制备方法，包括： 按照TiB2-MoSi2复合涂层的组成，分别称取TiBs粉体和MoSi2粉体，混合均匀并干燥后， 得到原料粉体； 采用真空等离子体喷涂工艺，将原料粉体喷涂到预处理后的基体表面上，得到所述 TiB2-MoSi2复合涂层。
[000引较佳地，所述TiB2粉体的粒径为5~80WI1。
[0009] 较佳地，所述MoS i 2粉体的粒径为5~80皿。
[0010] 较佳地，所述真空等离子体喷涂工艺的参数包括：等离子体气体Ar流量为25~ 45319111，等离子体气体此流量为2~2〇3191]1，粉末载气41'流量为2~1〇3191]1，喷涂距离为130 ~380mm，喷涂电流为350~750A，喷涂电压为40~75V，送粉速率为5~35g/min，真空室压力 为50~SOOmbar。其中Slpm为标准升/分钟的缩写。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 1) 本发明采用真空等离子体喷涂技术，WTiB2-MoSi2混合粉体为原料，制备TiB2-MoSi2 复合涂层，TiB2-40vol. %MoSi2复合涂层材料在大气等离子体火焰下烧蚀15分钟后，质量损 失率为0.58%，相同条件下，纯TiBs涂层的质量损失率为-0.18%，即纯TiBs涂层为质量增 重，运表明纯TiBs涂层氧化严重； 2) 与大气等离子体喷涂技术相比，真空等离子体喷涂技术可避免TiB2、MoSi2粉体在喷 涂过程中的氧化，制备的涂层中无氧化物，涂层致密，且与基体结合紧密。
【附图说明】
[0012] 图1为实施例1中制备的TiB2-20vol.%MoSi2复合涂层的表面(a)与截面(b)形貌照 片； 图2为实施例1中制备的Ti化-20vol. %MoSi海合涂层的X畑图； 图3为实施例2中制备的Ti化-40vol. %MoSi2复合涂层的X畑图； 图4为实施例1中制备的TiB2-20vol.%MoSi復合涂层原始表面宏观照片(a)、采用高 溫等离子体火焰烧蚀5分钟(b)、10分钟（C)和15分钟（d)后TiB2-20vol.%MoSi2复合涂层表 面宏观照片； 图5为实施例1中制备的TiB2-20vol.%MoSi2复合涂层烧蚀15分钟后的涂层表面沈M照 片(a)和选择区域的EDS图谱(b); 图6为实施例2中制备的TiB2-40vol. %MoSi2复合涂层原始表面宏观照片(a)、采用高 溫等离子体火焰烧蚀5分钟(b)、10分钟（C)和15分钟（d)后TiB2-40vol.%MoSi2复合涂层表 面宏观照片； 图7为实施例2中制备的TiB2-40vol. %MoSi2复合涂层烧蚀15分钟后的涂层表面沈M照 片(a)和选择区域的EDS图谱(b); 图8为对比例中制备的TiBs涂层原始表面宏观照片(a)、采用高溫等离子体火焰烧蚀5 分钟(b)、10分钟(C)和15分钟(d)后TiBs涂层表面宏观照片； 图9为对比例中制备的Ti化涂层经高溫等离子体火焰烧蚀15分钟后的XRD图。
【具体实施方式】
[0013] W下实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非 限制本发明。
[0014] 本发明WTiBs粉体(纯度大于98%)和MoSi2粉体(纯度大于98%)为原料，混合均匀 后，采用真空等离子体喷涂工艺制备TiB2-MoSi2复合涂层。所述TiB2-MoSi2复合涂层由主相 TiB2和第二相MoSi2组成，所述第二相MoSi2含量为10~5〇￥〇1.%。添加含娃物