本發(fā)明屬于涂料，具體涉及一種浸涂滲鋁料漿及其制備方法和應用。

背景技術：

1、鎳基高溫合金是最常用來制造燃氣輪機部件的材料。燃氣輪機渦輪葉片在使用過程中受到高溫燃氣的腐蝕，在工作條件下其表面存在高溫氧化腐蝕現(xiàn)象。為了提高渦輪葉片的承溫能力，渦輪葉片內腔采用復雜冷卻通道以實現(xiàn)氣膜冷卻，同時其外表面施加防護涂層。燃氣輪機葉片通常鑄有中空的內部通道，用于輸送冷卻空氣。冷卻通道的截面一般為圓形，其長度比其直徑要大許多倍。通道可以是直的，也可以是彎的，可能有復雜的輪廓或蛇形通道。對葉片內腔進行合理的設計并配合相應的冷卻技術可以使高溫合金承載更高的燃氣溫度。但是葉片內腔冷卻通道內的溫度仍然達到900℃以上，冷卻空氣溫度足以氧化無防護滲層的內部通道。在航空燃氣輪機葉片中，冷卻腔開口狹窄，內部表面難以制備防護滲層。葉片的內部通道的腐蝕與氧化已成為發(fā)動機設計的一項技術難題。因此，針對空心葉片，表面和內腔都需要制備高溫抗氧化涂層以提高葉片的抗氧化和耐高溫腐蝕性能。葉片外表面的高溫抗氧化涂層有很多制備技術，主要有：包埋法、化學氣相沉積(cvd)、氣相法、熱浸法、料漿法。目前，內腔高溫抗氧化涂層制備技術主要有化學氣相沉積(cvd)、氣相法、料漿法三種，其中化學氣相沉積設備因價格昂貴而沒有得到廣泛應用。在國內葉片廠家的生產(chǎn)中內腔的高溫抗氧化涂層應用最廣的是固體粉末填充法、氣相法、化學氣相沉積(cvd)和料漿注入法。固體粉末填充法：采用包埋法的滲鋁粉末，里面包含氧化鋁、鋁及合金粉末、鹵化物活性劑等。近似包埋法滲鋁過程在葉片腔體內的應用，不適合小孔徑(孔徑小于1厘米的)的通道填充，同時包埋法一般需要大量的粉末產(chǎn)生活性氣體，才能沉積滲層。同時，粉體缺乏流動性，限制了其在彎曲孔道中滲鋁應用，燒結的殘渣也很難從狹窄的冷卻通道中去除。氣體法和化學氣相沉積法：是用氣體法制取涂層，先制成含飽和元素的氣態(tài)化合物，然后將其輸送給零件，經(jīng)過熱分解反應、還原反應、歧化反應或其他輸氣反應而沉淀出飽和元素的原子，形成涂層。氣體法與化學氣相沉積方法在原理上是一致的，但是氣體法不可控，而且滲層深度較淺。而最新研究的化學氣相沉積(cvd)是將反應氣體直接通入設備中，通過借助擴散和對流進入零件內腔氣冷通道和小孔中的反應氣體與灼熱的零件內表面進行化學反應，在內腔表面生成沉積或擴散型防護涂層。氣體法和化學氣相沉積法需要耐高溫材料對未滲面進行防護，因為活性氣體會與它接觸的位置沉積滲層。同時cvd設備昂貴，采購難度大、周期長，操作復雜，且生產(chǎn)量較小，難以滿足大批量葉片的制造。料漿注入法：一般將漿液組合物注入葉片腔體、通道，然后在高溫下燒結。根據(jù)滲層形成的原理,料漿滲鋁可分為擴散型和熔燒型兩種。擴散型的料漿擴散型的滲鋁劑中需有活化劑或者催滲劑，如氯化銨、氟化氫銨等，活化劑高溫形成的氣相化合物進行催滲，因此為了產(chǎn)生足夠的氣相化合物，需要往葉片孔道填充足夠的料漿，一般需要1000微米以上的量，以獲得20-50微米的滲層，小孔徑(孔徑小于1厘米的)通道，由于產(chǎn)生活性的物質少，可能不會產(chǎn)生滲層，且高溫下的氣相化合物在非滲部位也會沉積產(chǎn)生滲層，需要高溫防護涂料，去保護非滲部位，防止?jié)B層產(chǎn)生。熔燒型的料漿只用鋁粉作滲劑,不加活化劑，熔燒型是把滲鍍金屬或合金粉末加粘結劑后制成料漿，再將料漿均勻涂敷于工件表面上，干燥后在惰性氣體或真空環(huán)境中以稍高于料漿熔點的溫度加熱燒結.通過液固界面擴散而形成合金層。熔燒法一般只需要在金屬表面粘附幾十微米的濕涂層即可，滲層厚度與料漿粘附量成正比，需要對料漿粘度進行控制，同時燒結殘渣要容易去除，不堵塞孔道。常規(guī)料漿一般為鉻酸鹽體系，粘度不可控，無法控制料漿在孔道中的粘附量，注入太多料漿，燒結后易堵塞通道，鉻酸鹽環(huán)境危害大，限制了其在通道中的滲鋁應用。

2、因此提供一種適用于浸涂工藝的穩(wěn)定料漿是當務之急。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提出一種浸涂滲鋁料漿，使用這種料漿浸涂渦輪葉片時，可以在葉片內部通道上形成厚度一致、表面良好的濕態(tài)涂層，并且熱處理擴散后形成均勻的防護滲層，且滲鋁過程中不需要額外保護未滲面，滲層質量不受影響。

2、本發(fā)明的第二個方面提供了浸涂滲鋁料漿的制備方法。

3、本發(fā)明的第三個方面提供了滲鋁防護涂料，所述滲鋁防護涂料的制備原料包括權所述的浸涂滲鋁料漿。

4、本發(fā)明的第四個方面提供了滲鋁防護涂料在鎳基合金葉片通道中的應用。

5、根據(jù)本發(fā)明的第一方面提出了一種浸涂滲鋁料漿，制備原料包括：堿金屬氫氧化物、硅酸、多元醇、鋁粉、堿溶脹增稠劑和炔二醇表面活性劑。

6、根據(jù)本發(fā)明的第一方面至少具有以下有益效果：

7、本發(fā)明提出一種浸涂滲鋁料漿，通過硅酸與堿金屬氫氧化物反應控制硅酸鹽的模數(shù)、ph，再與醇類化合物復配，使鋁粉在料漿中處于穩(wěn)定狀態(tài)，堿溶脹增稠劑保持了鋁粉在料漿中分散效果以及料漿高的粘度，炔二醇表面活性劑在上述料漿中對渦輪葉片進行浸涂時，可以在渦輪葉片內部通道上形成厚度一致且表觀良好的濕態(tài)涂層，后續(xù)將濕態(tài)涂層溶劑烘干后，無需對未滲面進行保護，再通過熱處理擴散，使內部通道獲得防護滲層，且擴散融燒后的殘留料漿會自動剝落，滲層表面粗糙度不受影響，滿足葉片內腔及氣冷孔道鋁滲層制備需求，用以解決現(xiàn)有技術中鉻酸鹽體系滲鋁料漿，環(huán)境危害大，鉻酸鹽體系滲鋁料漿粘度低且不可以調節(jié)，分散效果差，不適用于浸涂工藝，催滲型滲鋁料漿用量大，未滲面需要進行保護的問題。同時，炔二醇表面活性劑與堿溶脹增稠劑、硅酸鹽等成分的復配具有協(xié)同作用，在體系中，炔二醇表面活性劑與增稠劑共同作用，保持料漿的高粘度，并有效防止鋁粉的沉降。不僅提高了涂層的附著力，還增強了鋁粉在料漿中的分散穩(wěn)定性，避免了鋁粉因沉降或團聚而影響浸涂效果。

8、一方面，傳統(tǒng)的滲鋁料漿，所采用的大多為鉻酸鹽體系，鉻酸鹽體系具有強的氧化性，有機增稠劑、濕潤流平劑無法與體系兼容，因此不具備高粘度、良好的濕潤流平效果，因此傳統(tǒng)的滲鋁料漿一般粘度較低，且不可以調整，低粘度的傳統(tǒng)的滲鋁料漿浸涂困難，很難在葉片表面形成一定厚度的濕態(tài)涂層。本發(fā)明提供的滲鋁料漿體系無強氧化劑，采用堿溶脹增稠劑具有高粘度、良好的濕潤流平性，容易在金屬表面浸涂成濕態(tài)涂層。

9、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述堿金屬氫氧化物包括氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鋰中的至少一種。

10、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述炔二醇表面活性劑包括二甲基辛炔二醇和四甲基癸炔二醇中的至少一種。

11、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述堿溶脹增稠劑包括：聚丙烯酸鹽增稠劑。

12、傳統(tǒng)滲鋁料漿中，采用硅酸鹽的體系，一般直接采用固定模數(shù)的硅酸鹽，高模數(shù)硅酸鹽高溫粘結性差，低模數(shù)硅酸鹽堿性強，很難長時間維持鋁粉在料漿中穩(wěn)定性，需要根據(jù)料漿體系調整合適的模數(shù)，在堿性環(huán)境下，鋁與溶液反應會產(chǎn)生一定量的高價態(tài)的離子，如果體系沒有更多高價態(tài)的聚合物穩(wěn)定，容易與硅酸鹽沉淀，影響體系分散效果。本發(fā)明提供的滲鋁料漿體系硅酸鹽模數(shù)可控，再與醇類化合物復配，聚丙烯酸鹽為高負電荷的聚電解質，為體系提供分散穩(wěn)定性，不易沉降，具體地：聚丙烯酸鹽與硅酸鹽的復配發(fā)揮了協(xié)同效應，通過與聚丙烯酸鹽的復配，聚丙烯酸鹽可以有效中和硅酸鹽所帶來的不穩(wěn)定性，增強料漿的整體分散性，使得鋁粉能在一個更加穩(wěn)定的體系中分散，防止了鋁粉沉降和反應性降低的問題。同時聚丙烯酸鹽的引入，不僅能夠穩(wěn)定硅酸鹽的分散性，減少因堿性環(huán)境帶來的副作用，還能通過形成聚合物穩(wěn)定劑與高價態(tài)離子結合，抑制其沉淀，進一步提高體系的分散穩(wěn)定性和均勻性。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述多元醇包括二元醇和三元醇中的至少一種。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述多元醇的通式為cnh2n+2-x(oh)x(x≥2)。

15、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述多元醇包括油和乙二醇中的至少一種。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述多元醇的沸點不高于320℃。

17、醇在體系中對鋁粉有緩蝕作用，碳原子高，沸點高，固化溫度會過高，溶劑無法揮發(fā)，無法成干膜；太低，沸點低，在320℃烘烤會爆沸，導致涂層缺陷。

18、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，按重量份計，制備原料包括：1～6份堿金屬氫氧化物、2～10份硅酸、6～12份多元醇、30～50份鋁粉、0.1～2.0％份堿溶脹增稠劑和0.01～0.2份炔二醇表面活性劑。

19、傳統(tǒng)料漿主要靠鉻酸鹽使鋁顆粒表面鈍化，形成保護膜，在沒有鉻酸鹽存在時，鋁粉不能長期穩(wěn)定存在料漿體系中，鋁顆粒在幾小時(或甚至幾分鐘)的過程中，與料漿中水、酸、堿劇烈反應，產(chǎn)生氫氣，最終鋁粉失去活性，無法應用于鋁滲層制備，本發(fā)明提供的滲鋁料漿中，長期穩(wěn)定，不含鉻酸鹽，環(huán)保性更好。

20、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，按重量份計，所述浸涂滲鋁料漿的制備原料還包括水。

21、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述浸涂滲鋁料漿由以下組份組成：1～6wt％堿金屬氫氧化物、2～10wt％硅酸、6～12wt％多元醇、30～50wt％鋁粉、0.1～2.0wt％堿溶脹增稠劑和0.01～0.2wt％炔二醇表面活性劑，余量為去離子水。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述硅酸和所述堿金屬氫氧化物的摩爾比為1～4。

23、上述摩爾比的范圍內有助于控制料漿的分散性，過多的硅酸則可能導致凝膠化或凝聚，這不利于料漿的穩(wěn)定。通過控制硅酸和氫氧化物的比例，可以保持料漿的適宜粘度和流動性。

24、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述浸涂滲鋁料漿的ph值為11～13。

25、通過控制ph在上述范圍內為反應中提供適宜的堿性環(huán)境，有助于鋁粉與溶液中的金屬離子反應，形成具有良好附著力的涂層，同時避免過度的酸性環(huán)境對涂層質量的不利影響，高堿性條件也有助于保持鋁粉的分散性，避免了顆粒團聚。

26、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述鋁粉的d50為4～6μm。

27、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述鋁粉的目數(shù)為-1000目。

28、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述鋁粉為未包覆的氮氣霧化鋁粉。

29、根據(jù)本發(fā)明的第二方面提出了一種浸涂滲鋁料漿的制備方法，包括：

30、s1.將所述堿金屬氫氧化物和所述硅酸分散混合得到混合液1；

31、s2.將所述堿溶脹增稠劑、所述多元醇、所述炔二醇表面活性劑和所述混合液1進行混合得到混合液2；

32、s3.將所述鋁粉和所述混合液2混合分散。

33、按照國家標準gb/t1723-1993涂料粘度測定法測定該料漿的粘度特性為：25℃下在涂-4杯中流出時間為15s～35s。

34、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，步驟s3中，所述分散在帶葉片的分散機中進行。

35、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，步驟s3中，所述分散的轉速為1000～2000r/min，所述攪拌的時間為30～40min。

36、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，步驟s3中，所述分散后還包括靜置。

37、靜置后漿料不分層即得浸涂滲鋁料漿。

38、根據(jù)本發(fā)明的第三方面提出了一種滲鋁防護涂料，所述滲鋁防護涂料的制備原料包括所述的浸涂滲鋁料漿。

39、根據(jù)本發(fā)明的第四方面提出了一種滲鋁防護涂料在鎳基合金葉片通道中的應用。

40、根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述鎳基合金葉片通道包括孔徑小于1cm的通道。

41、本發(fā)明用浸涂滲鋁料漿制備了鎳基高溫合金葉片滲鋁層，制備方法具體為：

42、a1.料漿攪拌：用帶葉片的分散機進行攪拌，轉速1000-2000r/min，攪拌至少30min；

43、a2.粘度測試：用涂-4杯測料漿粘度，適合浸涂的粘度為15s～35s；

44、a3.葉片處理：采用磨粒流對渦輪葉片內腔、孔道進行處理，去除表面氧化層；

45、a4.浸涂工藝：對帶有孔道的葉片進行稱重及葉片孔道尺寸測量，計算好浸涂面積；將稱重好的葉片浸入處于室溫的料漿中，浸入料漿的速率為1-3mm/s，防止過快的浸入速率導致料漿未能完全潤濕葉片內腔、孔道表面，先在浸沒狀態(tài)下，靜置3-5min，再以1-3mm/s的速度慢慢提離浸涂料漿；需要滿足單次浸涂量為15-30mg/cm2，對于孔徑小的葉片，慢慢提離無法將通道內的多余料漿排出的，可以采用通入氣流的方式，將其排出通道，留下的料漿會在內壁形成濕涂層，浸涂量不達標的，用去離子水清洗管道內料漿，干燥后，重新浸涂，如果單次浸涂量小于15mg/cm2，則加入堿溶脹增稠劑提升粘度，如果單次浸涂量大于30mg/cm2，則加入去離子水降低粘度，用涂-4杯測料漿粘度，適合浸涂的粘度為15s～35s；

46、a5.風干處理：采用旋轉干燥風機對帶有孔道的葉片進行風干；對風干后葉片進行重新稱重，根據(jù)重量計算第一次浸涂后濕態(tài)涂層的厚度，完成第一次浸涂；返回步驟3，再次進行浸涂，直至滿足浸涂量為15-30mg/cm2；

47、a6.濕涂層干燥、固化處理：80±5℃溫度下烘干至少15min，去除濕涂層中的水分后，涂層在340℃±20℃溫度下固化至少30分鐘，去除涂層中的有機溶劑，同時對硅酸鹽進行固化。

48、不先去除水分，直接固化，會導致濕涂層中的水分直接氣化，導致涂層表面鼓泡。

49、a7.制備鋁滲層：葉片裝入罐中，將罐裝入氬氣爐內，將爐升溫到885℃-900℃，保溫2h；冷卻，溫度冷卻至≤100℃時停止通氬氣；

50、a8.清洗：擴散處理后，待爐內溫度冷卻至室溫，取出試件，當零件冷卻后，用高壓氣流輕爆破去除葉片內腔、孔道濃漿殘留物，直到葉片表面色澤均勻一致。

51、采用金相法檢查擴散后葉片截面，浸涂量為20mg/cm2的葉片滲鋁層深度為0.065mm～0.070mm，內腔與葉片表面滲層深度接近，滲層深度主要浸涂量相關。滲層分兩層，外層表面鋁濃度能夠達到28.5wt％，擴散層表面鋁濃度8.5wt％。

52、本發(fā)明滲鋁料漿滲鋁原理為熔燒型滲鋁料漿，主要通過高溫鋁熔融后，活性鋁元素滲入葉片。一般只需要在葉片表面形成50-100微米濕態(tài)涂層，浸涂量為15-30mg/cm2，烘烤和高溫擴散后，葉片即可以獲得30-100微米的滲層，且非涂層部位不需要防護。而傳統(tǒng)滲鋁料漿中有采用氣相滲鋁粉劑加入溶劑配成料漿，進行填充葉片孔道，然后高溫擴散滲鋁，原理主要靠氯化銨等鹵化物高溫形成的氣相化合物進行催滲，因此為了產(chǎn)生足夠的氣相化合物，需要往葉片孔道填充足夠的料漿，一般需要1000微米以上的量，已獲得30-100微米的滲層，且高溫下的氣相化合物在非滲部位也會沉積產(chǎn)生滲層，需要高溫防護涂料，去保護非滲部位，防止?jié)B層產(chǎn)生。制備同樣厚度的滲層，本發(fā)明滲鋁料漿用量為傳統(tǒng)氣相料漿用量的十分之一。