本发明涉及化学热处理领域，特别地，涉及一种渗铝防护涂料。此外，本发明还涉及一种上述渗铝防护涂料的制备方法和应用。
背景技术：
随着现代航空工业的发展，对燃气涡轮工作的温度要求也越来越高。为满足燃气涡轮高温、高转速、强腐蚀环境下的使用需求，燃气涡轮叶片广泛采取渗铝处理。经过渗铝处理的零件表面，在高温空气循环氧化后，形成均匀致密的al2o3氧化膜，能够有效阻止氧向基体扩散。
固体粉末渗铝是一种将零件包埋在粉末状渗铝剂中加热扩散，在零件表面形成渗铝层的方法，固体粉末渗铝能在复杂外形零件上形成高质量且均匀的渗铝层，且固体粉末渗铝工艺简单，成本低，被各大航空制造企业广泛采用。
然而燃气涡轮叶片的榫头是承受高应力部位，榫齿渗铝后会带来缺口敏感，容易产生裂纹，因此榫头部位不能渗铝，渗铝处理叶片时需要保护榫头部位。如果采用余量保护的方法，在叶片毛坯状态渗铝然后进行榫头加工，叶身渗层很容易碰伤，合格率低，因此国际上普遍采用先加工榫头后渗铝的方法。
合格的榫头防护方法必须要满足几个条件：1、渗铝防护有效果；2、容易清理，不能在榫头表面残留防护材料；3、不能污染榫头的基体材料；4、不能污染渗铝剂。
目前，固体粉末渗铝时，燃气涡轮叶片的榫头保护的方法主要有：1、采用陶瓷性粉末配制成料浆，涂覆在榫头部位进行防护。该方法方便可行，但是要达到有效的防渗效果必须涂覆十多层。2、使用高温合金保护套或陶瓷保护套进行防护。采用保护套夹持榫头，操作简单，但是因为保护套需要反复加热，会产生变形、零件尺寸公差、热应力等问题，密封性很难保证；且保护套体积较大，影响渗铝时的装炉量和实际装炉操作。
技术实现要素：
本发明提供了一种渗铝防护涂料及其制备方法和应用，以解决固体粉末渗铝时非渗铝部位需要防护的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种渗铝防护涂料，主要由金属镍、氧化锆和粘结剂配制而成，金属镍、氧化锆与粘结剂的体积比为0.7～1.3∶0.7～1.3∶2。
进一步地，金属镍、氧化锆与粘结剂的体积比为1∶1∶2。
进一步地，粘结剂为乙烯基漆；和/或，金属镍、氧化锆均为粉末状。
进一步地，渗铝防护涂料用于渗铝温度为600℃～1020℃区间内固体粉末渗铝时的防护。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述渗铝防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将金属镍与氧化锆制作为粉末状，将粘结剂与氧化锆粉末按比例混合均匀，然后加入金属镍粉末并搅拌，即可得到所述渗铝防护涂料。
进一步地，粘结剂与氧化锆粉末混合后搅拌或静置，所述静置的时间为5～10h。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述渗铝防护涂料在涡轮叶片榫头的渗铝防护中的应用。
进一步地，应用为将渗铝防护涂料涂覆在涡轮叶片榫头上。
进一步地，应用中，渗铝温度低于700℃时，将渗铝防护涂料涂覆两层；渗铝温度为700℃～900℃时，将渗铝防护涂料涂覆三层；渗铝温度为900℃～1020℃时，将渗铝防护涂料涂覆四层。
进一步地，渗铝防护涂料涂覆时，每涂覆一层需要自然干燥或烘干。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的渗铝防护涂料，原料常见易得，价格低廉，成本低；能够满足渗铝温度为600℃～1020℃的区间内固体粉末渗铝时的防护要求；900℃以下固体粉末渗铝只需要涂覆2～3层即可；该渗铝防护涂料在渗铝完成后清理容易，将防护涂料敲碎即可与防护基体分离，无残留；防护涂料的原料为中性，不腐蚀防护基体，不会与高温防护基体发生反应；防护涂层渗铝后不会剥落，能将防护涂料与渗剂物理分离，不污染渗剂。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种渗铝防护涂料，主要由金属镍、氧化锆和粘结剂配制而成，金属镍、氧化锆与粘结剂的体积比为0.7～1.3∶0.7～1.3∶2。该渗铝防护涂料，原料常见易得，价格低廉，成本低；能够满足渗铝温度为600℃～1020℃的区间内固体粉末渗铝时的防护要求；900℃以下固体粉末渗铝只需要涂覆2～3层即可；该渗铝防护涂料在渗铝完成后清理容易，将防护涂料敲碎即可与防护基体分离，无残留；防护涂料的原料为中性，不腐蚀防护基体，不会与高温防护基体发生反应；防护涂层渗铝后不会剥落，能将防护涂料与渗剂物理分离，不污染渗剂。
金属镍在上述原料中作为牺牲元素，能够在防护基体表面形成连续的镍粉包裹层，镍粉首先与渗铝气氛中的铝反应，形成稳定的金属间化合物，从而避免铝快速向内渗入，大大提高了防护效率。上述原料中，氧化锆一方面可以起到一定的防护作用，另一方面由于氧化锆的粒径比金属镍的粒径小，分散的氧化锆可以有效地将金属镍颗粒分开，防止金属镍在固体粉末渗铝过程中烧结，降低表面积，影响渗铝防护效果，同时使渗铝后的涂层也更加容易去除。
优选的，金属镍、氧化锆与粘结剂的体积比为1∶1∶2。各原料采用上述体积比能够对防护基体起到最好的防护效果。此时氧化锆可以更好地将金属镍颗粒分开，以防止金属镍在渗铝过程中烧结，影响渗铝防护效果。
优选的，粘结剂为乙烯基漆。金属镍、氧化锆均为粉末状。乙烯基漆价格便宜无污染，与金属的结合力适中，固体粉末渗铝后分解形成碳，容易去除，无残留。乙烯基漆的粘度适中，一方面其与金属粉末混合后，金属粉末不易下沉，保证了渗铝防护涂料的均匀性；另一方面使涂覆操作方便可行，不易产生气泡和针孔。
优选的，渗铝防护涂料用于渗铝温度为600℃～1020℃区间内固体粉末渗铝时的防护。适用的渗铝温度宽泛，可以用于各种不同材料基体的固体粉末渗铝。
本发明还提供了上述渗铝防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将金属镍与氧化锆制作为粉末状，将粘结剂与氧化锆粉末按比例混合均匀，然后加入金属镍粉末并搅拌，即可得到渗铝防护涂料。该制备方法简单易行高效，原料价格低廉，生产成本低。
优选的，粘结剂与氧化锆粉末混合后搅拌或静置，静置的时间为5～10h。氧化锆容易团聚，粘结剂与氧化锆粉末混合后需要静置或者用比较慢的搅拌速度来搅拌，使其能够充分分散，以保证制备的防护涂料的均匀性。
本发明还提供了一种上述渗铝防护涂料或者由所述制备方法制备得到的渗铝防护涂料在涡轮叶片榫头的渗铝防护中的应用。
优选的，上述应用为将渗铝防护涂料涂覆在涡轮叶片榫头上。本发明提供的渗铝防护涂料可以直接涂覆在涡轮叶片榫头上，然后自然晾干或烘干，即可起到防护的作用。渗铝防护工艺简单，操作方法易行高效。
优选的，上述应用中，渗铝温度低于700℃时，将渗铝防护涂料涂覆两层；渗铝温度为700℃～900℃时，将渗铝防护涂料涂覆三层；渗铝温度为900℃～1020℃时，将所述渗铝防护涂料涂覆四层。由于涡轮叶片的材料各不相同，渗铝温度也不同。渗铝温度越高，渗剂的活性也提高，渗铝速度变快，需要涂覆的渗铝防护涂料的层数也就越多。本发明的渗铝防护涂料能够满足渗铝温度为600℃～1020℃的区间内固体粉末渗铝时的防护要求，可以根据渗铝温度，选择合适的渗铝防护涂料涂覆的层数。900℃以下固体粉末渗铝只需要涂覆2～3层即可达到有效的防护效果。
优选的，渗铝防护涂料涂覆时，每涂覆一层需要自然干燥或烘干。涂覆的具体步骤为：涂覆第一层后自然干燥6h以上，再涂覆第二层并自然干燥12h以上，最后涂覆第三层并自然干燥24h以上。也可以用烘箱烘干，涂覆第一层后在80℃烘干0.5h左右，再涂覆第二层后80℃烘干1～2h，最后涂覆第三层后80℃烘干2～3h。上述涂覆步骤能够更好地使渗铝防护涂料固化。为了防止渗铝防护涂料分层和凝结，每隔一段时间搅拌一次。
实施例
以下实施例中所用物料均为市售。
实施例1
本发明的优选实施例提供了一种渗铝防护涂料，主要由金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆和粘结剂乙烯基漆配制而成，金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆与乙烯基漆的体积比为1∶1∶2。
上述渗铝防护涂料的制备方法为：先将粘结剂乙烯基漆与陶瓷粉末氧化锆按体积比为2∶1混合，放置8h后再加入金属镍粉末并搅拌均匀，即得到渗铝防护涂料。配制好的渗铝防护涂料可以密封后冷藏保存，但因放置时间过长或保存不当等原因导致涂料结块时，就不能再使用。
实施例2
本发明的优选实施例提供了一种渗铝防护涂料，主要由金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆和粘结剂乙烯基漆配制而成，金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆与乙烯基漆的体积比为0.7∶0.7∶2。
上述渗铝防护涂料的制备方法为：先将粘结剂乙烯基漆与陶瓷粉末氧化锆按体积比为2∶0.7混合，放置8h后再加入金属镍粉末并搅拌均匀，即得到渗铝防护涂料。配制好的渗铝防护涂料可以密封后冷藏保存，但因放置时间过长或保存不当等原因导致涂料结块时，就不能再使用。
实施例3
本发明的优选实施例提供了一种渗铝防护涂料，主要由金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆和粘结剂乙烯基漆配制而成，金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆与乙烯基漆的体积比为0.7∶1.3∶2。
上述渗铝防护涂料的制备方法为：先将粘结剂乙烯基漆与陶瓷粉末氧化锆按体积比为2∶1.3混合，放置8h后再加入金属镍粉末并搅拌均匀，即得到渗铝防护涂料。配制好的渗铝防护涂料可以密封后冷藏保存，但因放置时间过长或保存不当等原因导致涂料结块时，就不能再使用。
实施例4
本发明的优选实施例提供了一种渗铝防护涂料，主要由金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆和粘结剂乙烯基漆配制而成，金属镍粉末、陶瓷粉末氧化锆与乙烯基漆的体积比为1.3∶1.3∶2。
上述渗铝防护涂料的制备方法为：先将粘结剂乙烯基漆与陶瓷粉末氧化锆按体积比为2∶1.3混合，放置8h后再加入金属镍粉末并搅拌均匀，即得到渗铝防护涂料。配制好的渗铝防护涂料可以密封后冷藏保存，但因放置时间过长或保存不当等原因导致涂料结块时，就不能再使用。
上述渗铝防护涂料在涡轮叶片榫头的渗铝防护中的应用为：将实施例1～4中制备的渗铝防护涂料分别直接涂覆在同一种涡轮叶片的榫头上。根据渗铝温度选择合适的涂覆层数，所选叶片材料的渗铝温度低于700℃时，将渗铝防护涂料涂覆两层；渗铝温度为700℃～900℃时，将渗铝防护涂料涂覆三层；渗铝温度为900℃～1020℃时，将渗铝防护涂料涂覆四层。涂覆第一层后自然干燥6h，再涂覆第二层并自然干燥12h，最后涂覆第三层并自然干燥24h，再进炉渗铝。为了防止渗铝防护涂料的分层和凝结，每隔一段时间应搅拌一次。渗铝防护涂料涂覆完成且干燥后，对要求渗铝的表面即涡轮叶片的表面多余的渗铝防护涂料进行修整，用刀片或其他工具去除涡轮叶片表面的多余涂料，确保涡轮叶片表面没有涂料残留，以便于进行下一步的固体粉末渗铝操作。
上述实施例1～4的渗铝防护涂料涂覆结束后，对分别制作的涡轮叶片进行固体粉末渗铝，渗铝完成后，分别将防护涂料敲碎，4个产品均实现了与涡轮叶片榫头的分离，且检查没有涂料残留，外观良好，也没有腐蚀榫头或与榫头反应的现象发生。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护。