具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料及其制备方法

摘要

本发明涉及具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料及其制备方法，该方法是将电镀法与包埋渗铝的方法相结合，制备Zr含量不同的镍铝金属粘结层，主要包括表面处理、配制电镀溶液、涂镀Ni-Zr镀层及包埋渗铝等步骤。与现有技术相比，本发明成本低且工艺条件简单，由于在渗铝过程中，有一层未反应的Ni-Zr障碍层的存在，使得制备而成的Zr掺杂的镍铝粘结层不受基板成分的影响，且通过在电镀过程中Zr金属粉的加入量及电镀过程中的搅拌速度，可使Zr掺杂Ni-Al粘结层中的Zr的含量和分布得到控制。

说明书

技术领域

本发明属于热障涂层技术领域，涉及一种具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂镍 铝粘结层材料及其制备方法。

背景技术

掺杂Pt的β-NiAl和γ/γ’涂层作为热障涂层的粘结层在民用及军用领域得到了 广泛的应用，例如用于航空与火箭发动机、船舰发动机的叶片等镍基合金高温部件 上。然而，在叶片的服役过程中，掺杂Pt的β-NiAl粘结层会产生褶皱、蠕变现象， 使得在氧化层与粘结层的界面处产生裂纹，裂纹的扩展与合并会进一步导致涂层的 脱落失效；掺杂Pt的γ/γ’虽然不会产生褶皱、蠕变现象，但其含铝量低，在氧化 过程中会产生尖晶石等脆性相，不仅加快了氧化层的生长速率，同时也降低了界面 强度。此外，Pt高昂的成本也限制了其应用。因此，国内外研究者们试图开发一 种新的粘结层，在降低成本的同时又能使其性能不低于现有的Pt掺杂的粘结层。

研究发现，一些活性元素有望取代Pt掺杂于热障涂层的粘结层中。包含活性 元素的镍铝粘结层的制备方法一般有包埋渗法、化学气相沉积法、磁控溅射法及电 子束物理气相沉积法等。其中，化学气相沉积法、磁控溅射法及电子束物理气相沉 积法需要使用专用的设备，并且这些设备价格昂贵。相比之下，包埋渗法成本低， 操作简单，可进行大批量工业化生产，因而被广泛接受。但是，由于包埋渗法是通 过扩散形成涂层，所以基体中的合金元素在涂层制备过程中会扩散到涂层中，这些 合金元素的存在会干扰对活性元素影响机理的研究。此外，活性元素的溶解限度都 很小(一般在0.05at.％)，一方面使得活性元素在粘结层中的含量和分布很难控制， 另一方面当活性元素含量超过溶解限度后，会产生大量的内部氧化，对涂层的性能 产生不利影响。

申请公布号为CN101914774A的中国发明专利公开了一种具有Re-Ni-Cr合 金扩散障碍层的粘结层材料及其制备方法。Re-Ni-Cr合金扩散障碍层涂镀于基体材 料上，基体材料为Ni、Al、Ti、Fe或Nb基合金材料，Re-Cr-Ni合金扩散障碍 层中各元素的质量百分比组成为20-65％的Re、30-50％的Cr及5-30％的Ni。其制 备方法即通过电镀的方法在基体高温超合金上形成Re-Cr-Ni合金扩散障碍层的 材料。上述专利公布的技术方案中，具有Re-Ni-Cr合金扩散障碍层的粘结层材料 表面镀层光滑，分布均匀，在高温情况下能够保持稳定，可阻止基体中合金元素向 外扩散、空气中的氧向合金基体内部扩散。然而，该粘结层材料成分复杂，且Re 为稀有金属，在地壳中的含量极少，另外，该粘结层材料的制备过程较为繁琐，不 利于进一步工业化生产。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能有效控制 Zr在粘结层中的含量及分布且制备简单的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂镍铝粘 结层材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料的制备方法，该方法具体 包括以下步骤：

(1)表面处理：

(1-1)通过电火花线切割将镍基合金切割成长度为25-35mm、宽度为 15-25mm、高度为2-4mm的镍基合金金属片；

(1-2)通过电火花线切割将纯度≥99％镍板切割成长度为25-35mm、宽度为 15-25mm、高度为2-4mm的镍板金属片；

(1-3)清洗镍基合金金属片、镍板金属片，打磨除锈，再清洗除去油污；

(1-4)在室温下采用酸性溶液对镍基合金金属片进行电解阳极活化处理，随 后用流动清水清洗，再于去离子水中超声清洗，吹干待用；

(2)配制电镀溶液；

(3)涂镀Ni-Zr镀层：

以镍板金属片为阳极，镍基合金金属片为阴极，将镍板金属片、镍基合金金属 片置于步骤(2)的电镀溶液中，于50-60℃下，边搅拌边进行电镀，电镀的时间 依据所需Ni-Zr镀层的厚度而定，待电镀结束后，清洗，吹干待用，制得涂镀有 Ni-Zr镀层的镍基合金；

(4)包埋渗铝：

(4-1)将单质金属Al粉与铵盐粉末一起研磨，混合均匀，制得混合粉末，再 将混合粉末置于坩埚中；

(4-2)将步骤(3)得的涂镀有Ni-Zr镀层的镍基合金包埋入混合粉末中，将 坩埚置于管式炉中，加热至550-650℃，恒温处理10-12h，随后冷却至室温，取出 样品，经超声清洗后，干燥，即制得所述的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al 粘结层材料。

作为优选的技术方案，步骤(1-1)中，通过电火花线切割将镍基合金切割成 长度为25mm、宽度为20mm、高度为4mm的镍基合金金属片。

作为优选的技术方案，步骤(1-2)中，通过电火花线切割将纯度为99.99％的 镍板切割成长度为30mm、宽度为20mm、高度为2mm的镍板金属片。

作为优选的技术方案，步骤(1-3)所述的打磨的处理条件为：采用从240号 到600号的氧化铝砂纸对镍基合金金属片、镍板金属片的表面进行打磨。

作为优选的技术方案，步骤(1-3)所述的清洗的条件为：采用酒精或丙酮进 行清洗。

步骤(1-4)中所述的电解阳极活化处理的条件为：控制温度为25-30℃，电流 密度为100-200mA/cm²，处理时间为1-5min。

作为优选的技术方案，步骤(1-4)所述的酸性溶液为盐酸溶液，该盐酸溶液 为10-15vol％的盐酸和20-30g/L六水氯化镍的混合溶液。

步骤(2)所述的配制电镀溶液的方法具体包括以下步骤：

(2-1)将镍盐及酸性电解质溶解于50-70℃的去离子水中，制得混合溶液；

(2-2)将阴离子表面活性剂溶解于煮沸的去离子水中，然后加入到混合溶液 中，并采用碱性溶液调节pH值为4-4.5；

(2-3)再加入金属Zr粉，充分搅拌，使金属Zr粉在混合溶液中均匀分散， 即制得所述的电镀溶液。

作为优选的技术方案，步骤(2-1)所述的镍盐为六水硫酸镍及六水氯化镍， 所述的酸性电解质为硼酸，并且所述的六水硫酸镍、六水氯化镍及硼酸在混合溶液 中的质量浓度分别为100～300g/L、10～30g/L、20～40g/L。

作为优选的技术方案，步骤(2-2)所述的阴离子表面活性剂在混溶溶液中的 质量浓度为0.2-1g/L，并且所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

在实际电镀过程中，镀液中少量的H⁺在阴极得到电子，以氢气的形式析出。 尽管所产生的氢气大部分以气体的形式从镀液中逸出，但仍有少量氢气泡吸附在阴 极表面，从而在氢气泡滞留的位置产生镀镍层的针孔。十二烷基硫酸钠作为润湿剂 (也叫作针孔防止剂)，加入这种润湿剂后，增加了镀液对零件表面润湿作用，从 而使得气泡难以滞留在阴极表面，从而减少和消除了针孔，提高了镀层的致密性。

作为优选的技术方案，步骤(2-2)所述的碱性溶液为质量分数为5％的NaOH 溶液。

作为优选的技术方案，步骤(2-3)所述的金属Zr粉在混合溶液中的质量浓度 为0.1-1g/L，并且所述的金属Zr粉的粒径为1-3μm。

当Zr在涂层或合金中的含量在其溶解限度附近，即0.05-0.1at.％时，其氧化性 能最好。Zr的含量过高或过低都不利于氧化性能的提高。为此，本发明逐渐改变 Zr粉的质量浓度，进而改变实际涂层中的Zr含量，目的是制备出具有最佳的氧化 性能的含Zr的涂层。根据复合电镀的反应机理，金属Zr粉作为固体微粒分散在 Ni的电镀液中，随着电镀过程的进行与Ni基质金属共沉积形成Ni-Zr复合涂层。 当Zr粉的质量浓度过小时，涂层中Zr的含量相对变小，类似于本发明中的0.1g/L Zr粉加入时的情况，一方面使得Zr在涂层中的分布不均匀，只在涂层的局部位置 存在Zr，另一方面如此少的Zr含量并不能发挥好的氧化性能；随着Zr的质量浓 度的增大，涂层中的Zr的含量逐渐增大，Zr在整个涂层中的分布逐渐变得均匀， 类似于本发明中的0.5-0.7g/LZr粉加入时的情况。当分散在电镀液中的固体微粒的 质量浓度增大到一定浓度时，即使继续增大固体微粒的质量浓度也不会使涂层中的 固体微粒的含量增加。本发明中的0.5-0.7g/LZr粉的质量浓度已经使Zr在整个涂 层中均匀分布，如果Zr粉的质量浓度过大时，一方面是浪费材料，从氧化性能的 方面考虑，过量的Zr含量会导致涂层在高温氧化过程中产生大量的内部氧化，不 利于氧化性能的提高。

在复合电镀中，通常采用粒径相当小的微粒，金属Zr粉的粒径的选择主要从 Zr的化学性质和成本考虑。金属Zr粉作为活性元素，对氧的亲和力很强，其表面 极易形成氧化膜。如果金属Zr粉的粒径过小，例如纳米量级的，首先生产的成本 高，并且粒径过小，表面积增大，在使用或保存的过程中，更加容易使得Zr被氧 化，从而使得Zr粉中包含的单质Zr的含量降低，此外，如果粒径过细，容易结团 成块，微粒不能均匀悬浮。如果粒径过大，微粒易于沉淀且不易被沉积金属包覆， 镀层粗糙，此外粒径过大，得到的复合镀层中单位面积的金属微粒数量减少，导致 其在涂层中的分布不均匀。因此，本发明中所述的金属Zr粉的粒径控制为1-3μm 最为适宜。

步骤(3)所述的电镀的工艺条件为：控制搅拌速度为250-350r/min，电流密 度为50-100mA/cm²。

在实际制备过程中，电流密度影响镀层的结晶状况及沉积速率。当电流密度较 小时，一方面镀层沉积的速率较慢，另一方面晶核形成速率低，只有少量晶体长大， 镀层的结晶粗大。而随着电流密度的增加，晶核形成速度增加，镀层结晶细致。所 以适当地提高电流密度，不仅能使镀层的结晶细致，而且能提高沉积速率，提高生 产效率。但如果电流密度过大，由于析氢使阴极区的pH值升高，形成碱式盐或氢 氧化物，这些物质吸附在阴极或夹质在镀层中，形成海绵状沉淀物，此时称为“烧 焦”。

在实际的电镀过程中，每一种镀液都有其适宜的电流密度范围，而所采用的电 流密度与电镀液的组成、温度、pH值和搅拌等因素有关。一般情况下，镀液的浓 度增加，温度升高，搅拌强度增加，pH值较低时，可以采用较大的电流密度。本 发明电镀的工艺条件控制为：搅拌速度为250-350r/min，电流密度为50-100 mA/cm²，最为适宜。

步骤(4-1)所述的单质金属Al粉与铵盐粉末的质量之比为92-97:3-8，并且所 述的铵盐粉末为NH₄Cl粉末。采用NH₄Cl粉末作为活化剂，在涂层高温制备过程 中，其可分解为NH₃和HCl气体，HCl气体与Al粉反应生成铝的氯化物，铝的氯 化物扩散到合金表面，并在镍基合金表面发生化学反应形成镍铝涂层。

作为优选的技术方案，步骤(4-1)中，将单质金属Al粉与铵盐粉末置于玛瑙 研钵中研磨5-10min。

作为优选的技术方案，所述的坩埚为刚玉坩埚，所述的管式炉为水平管式炉。

所述的镍基合金包括多晶镍基合金、定向凝固镍基合金或单晶镍基合金中的一 种。

作为优选的技术方案，所述的镍基合金为多晶的HastelloyX镍基合金。

步骤(4-2)进行加热时，控制温度为550-650℃，这是由于本发明包埋渗法所 用的铝的含量比较高，而铝的熔点接近660℃，如果温度太高，铝粉将熔解在金属 表面。因此，温度控制为550-650℃最为适宜。

作为优选的技术方案，步骤(4-2)中所述的超声清洗的条件为：于室温条件 下，将样品置于丙酮溶液中，控制频率大小为40-60KHz，超声清洗0.5-2小时。

采用所述的方法制备而成的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层。

本发明在电镀时，控制电镀溶液的温度为50-60℃；这是由于在较低的温度下 电镀，镀层的内应力会增加，升高镀液的温度，镀层的内应力降低；而较高的电镀 温度，则可以增加镀液中各成分的溶液度和电导率，提高镍离子向阴极的扩散速率， 加快镀层的沉积效率，但如果温度过高，镀层结晶粗大，镀液的蒸发量增加，能量 消耗较大，同时镍盐也容易水解，生成氢氧化镍沉淀，这会使镀层容易产生针孔。

与现有的制备Zr掺杂的镍铝粘结层的技术，例如电子束物理气相沉积、磁控 溅射和CVD等相比，本发明采用电镀法结合包埋渗铝的方法制备Zr含量不同的 镍铝金属粘结层，由于在渗铝过程中，有一层未反应的Ni-Zr障碍层的存在，使得 制备的Zr掺杂的镍铝粘结层不受基板成分的影响，且通过在电镀过程中加入的Zr 金属粉的用量及电镀过程中的搅拌使粘结层中的Zr的含量和分布得到控制。本发 明具有以下特点：

1)具有Ni-Zr扩散障碍层结构，使得粘结层能够不受基体成分的影响；

2)采用复合电镀法结合包埋渗铝法，避免了基体中的合金元素在粘结层的制 备过程中扩散到粘结层中；

3)能够通过改变电镀溶液中加入的Zr粉的量以及电镀反应的搅拌速率来控制 粘结层中Zr的含量及分布；

4)制备过程简单，成本低，有利于进一步工业化生产。

附图说明

图1为电镀得到的Ni-Zr复合镀层的SEM谱图；

其中，(a)为0.1g/L的Zr掺杂得到的Ni-Zr镀层，(b)为0.3g/L的Zr掺杂得到 的Ni-Zr镀层，(c)为0.5g/L的Zr掺杂得到的Ni-Zr镀层，(d)为0.7g/L的Zr掺杂得 到的Ni-Zr镀层。

图2为Zr金属粒子在Ni-Zr涂层中所占的体积百分比与镀液中金属Zr粒子的 含量的关系图。

图3为将Ni-Zr镀层在650℃/10h包埋渗铝得到的Zr掺杂的镍铝粘结层的XRD 谱图。

图4为将Ni-Zr镀层650℃/10h包埋渗铝得到的Zr掺杂的镍铝粘结层的SEM 谱图；

其中，(a)为0.1g/L的Zr掺杂的镍铝粘结层，(b)为0.3g/L的Zr掺杂的镍铝粘 结层，(c)为0.5g/L的Zr掺杂的镍铝粘结层，(d)为0.7g/L的Zr掺杂的镍铝粘结层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

第一步：选用多晶HastelloyX镍基合金作为合金基体，将多晶HastelloyX镍 基合金切割成20mm×25mm×4mm的金属片，将纯度为99.99％镍板切割成 20mm×30mm×2mm的金属片，然后分别用丙酮清洗10min；

第二步：用氧化铝砂纸从240号到600号对合金基体表面进行打磨，除去合金 基体表面的锈蚀等杂物，然后用乙醇和丙酮除去合金基体表面的油污，再用稀释的 盐酸溶液在室温下对合金基体表面进行电解阳极活化处理，之后用流动的清水清洗 10min，再用去离子水超声清洗10min；

第三步：按照下述方法配制电解溶液：

(1)将六水硫酸镍(200g/L)、六水氯化镍(20g/L)及硼酸(30g/L)用 60℃的去离子水溶解；

(2)将十二烷基硫酸钠(0.5g/L)用煮沸的去离子水溶解后，加入至(1)的 溶液中，再加入去离子水至200mL；

(3)用质量分数为5％的NaOH溶液，将溶液的pH值调节至4；

(4)分别将0.1g/L，0.3g/L，0.5g/L及0.7g/L的粒径为2微米的金属Zr粉加 入到上述溶液中，以300转每分钟的转速，搅拌2小时，即制得电解溶液；

第四步：电镀Ni-Zr镀层，电镀过程的工艺参数如下所示：

(1)电镀的温度为55℃；

(2)搅拌速度为每分钟300转

(3)电镀的电流密度为80mA/cm²；

(4)电镀时间依据电镀所需的厚度而定；

第五步：将电镀后的样品进行包埋渗铝。称量单质金属97％Al粉及3％NH₄Cl 粉末，将两种粉末在玛瑙研钵中研磨近5min，使粉末均匀混合，并将均匀混合后 的粉末放入到刚玉坩埚，将样品包埋入混合粉末中，用刚玉盖密封坩埚，将坩埚放 入到水平管式炉的加热区，在650℃温度下保温10h，待冷却至室温后，将样品取 出，在丙酮溶液中超声清洗1小时；

按照如上所述步骤制备出不同含量Zr掺杂的Ni-Zr镀层，如图1所示。由图1 可以看出，Ni-Zr镀层中分布的明亮的粒子即为金属Zr，Ni-Zr镀层的平均厚度为 65.98±1.22μm。当电镀溶液中的Zr为0.1g/L时，Zr在Ni-Zr镀层中的分布不均匀， 只在局部位置存在；当电镀溶液中的Zr由0.3g/L增加到时0.7g/L时，Zr粒子在 Ni-Zr镀层中的分布逐渐均匀。

由图2可见，Zr在Ni-Zr镀层中的体积分数随着电镀溶液中Zr粒子加入量的 增加而增大。

图3为将Ni-Zr镀层在650℃/10h包埋渗铝得到的Zr掺杂的镍铝粘结层的XRD 图，从图中可见渗铝后的Zr掺杂的镍铝粘结层的物相为δ-Ni₂Al₃。

图4为将Ni-Zr镀层于650℃/10h包埋渗铝得到的Zr掺杂的镍铝粘结层的SEM 截面图，图中可见制得的粘结层分两层，外面一层是由δ-Ni₂Al₃组成，里面一层为 没有被渗铝的Ni-Zr镀层，可作为扩散障碍层。

实施例2：

本实施例具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料的制备方法，具 体包括以下步骤：

(1)表面处理：

(1-1)通过电火花线切割将镍基合金切割成长度为25mm、宽度为15mm、高 度为4mm的镍基合金金属片；

(1-2)通过电火花线切割将纯度≥99％镍板切割成长度为25mm、宽度为 15mm、高度为4mm的镍板金属片；

(1-3)清洗镍基合金金属片、镍板金属片，打磨除锈，再清洗除去油污；

(1-4)在室温下采用酸性溶液对镍基合金金属片进行电解阳极活化处理，随 后用流动清水清洗，再于去离子水中超声清洗，吹干待用；

(2)配制电镀溶液；

(3)涂镀Ni-Zr镀层：

以镍板金属片为阳极，镍基合金金属片为阴极，将镍板金属片、镍基合金金属 片置于步骤(2)的电镀溶液中，于50℃下，边搅拌边进行电镀，电镀的时间依据 所需Ni-Zr镀层的厚度而定，待电镀结束后，清洗，吹干待用，制得涂镀有Ni-Zr 镀层的镍基合金；

(4)包埋渗铝：

(4-1)将单质金属Al粉与铵盐粉末一起研磨，混合均匀，制得混合粉末，再 将混合粉末置于坩埚中；

(4-2)将步骤(3)制得的涂镀有Ni-Zr镀层的镍基合金包埋入混合粉末中， 将坩埚置于管式炉中，加热至600℃，恒温处理11h，随后冷却至室温，取出样品， 经超声清洗后，干燥，即制得具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料。

其中，步骤(1-4)中，电解阳极活化处理的条件为：控制温度为25℃，电流 密度为100mA/cm²，处理时间为5min。

步骤(2)配制电镀溶液的方法具体包括以下步骤：

(2-1)将镍盐及酸性电解质溶解于50℃的去离子水中，制得混合溶液；

(2-2)将阴离子表面活性剂溶解于煮沸的去离子水中，然后加入到混合溶液 中，并采用碱性溶液调节pH值为4；

(2-3)再加入金属Zr粉，充分搅拌，使金属Zr粉在混合溶液中均匀分散， 即制得电镀溶液。

步骤(2-1)中，镍盐为六水硫酸镍及六水氯化镍，酸性电解质为硼酸，并且 六水硫酸镍、六水氯化镍及硼酸在混合溶液中的质量浓度分别为100g/L、10g/L、 20g/L。

步骤(2-2)中阴离子表面活性剂在混溶溶液中的质量浓度为0.2g/L，并且阴 离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。碱性溶液为质量分数为5％的NaOH溶液。

步骤(2-3)中金属Zr粉在混合溶液中的质量浓度为0.1g/L，并且金属Zr粉 的粒径为1μm。

步骤(3)中电镀的工艺条件为：控制搅拌速度为250r/min，电流密度为50 mA/cm²。

步骤(4-1)中单质金属Al粉与铵盐粉末的质量之比为92:8，并且铵盐粉末为 NH₄Cl粉末。

本实施例中，镍基合金为Inconel镍基合金。

采用本实施例方法制备而成的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层。

实施例3：

本实施例具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料的制备方法，具 体包括以下步骤：

(1)表面处理：

(1-1)通过电火花线切割将镍基合金切割成长度为35mm、宽度为25mm、高 度为2mm的镍基合金金属片；

(1-2)通过电火花线切割将纯度≥99％镍板切割成长度为35mm、宽度为 25mm、高度为2mm的镍板金属片；

(1-3)清洗镍基合金金属片、镍板金属片，打磨除锈，再清洗除去油污；

(1-4)在室温下采用酸性溶液对镍基合金金属片进行电解阳极活化处理，随 后用流动清水清洗，再于去离子水中超声清洗，吹干待用；

(2)配制电镀溶液；

(3)涂镀Ni-Zr镀层：

以镍板金属片为阳极，镍基合金金属片为阴极，将镍板金属片、镍基合金金属 片置于步骤(2)的电镀溶液中，于60℃下，边搅拌边进行电镀，电镀的时间依据 所需Ni-Zr镀层的厚度而定，待电镀结束后，清洗，吹干待用，制得涂镀有Ni-Zr 镀层的镍基合金；

(4)包埋渗铝：

(4-1)将单质金属Al粉与铵盐粉末一起研磨，混合均匀，制得混合粉末，再 将混合粉末置于坩埚中；

(4-2)将步骤(3)制得的涂镀有Ni-Zr镀层的镍基合金包埋入混合粉末中， 将坩埚置于管式炉中，加热至550℃，恒温处理12h，随后冷却至室温，取出样品， 经超声清洗后，干燥，即制得具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料。

其中，步骤(1-4)中，电解阳极活化处理的条件为：控制温度为25℃，电流 密度为200mA/cm²，处理时间为1min。

步骤(2)配制电镀溶液的方法具体包括以下步骤：

(2-1)将镍盐及酸性电解质溶解于70℃的去离子水中，制得混合溶液；

(2-2)将阴离子表面活性剂溶解于煮沸的去离子水中，然后加入到混合溶液 中，并采用碱性溶液调节pH值为4.5；

(2-3)再加入金属Zr粉，充分搅拌，使金属Zr粉在混合溶液中均匀分散， 即制得电镀溶液。

步骤(2-1)中，镍盐为六水硫酸镍及六水氯化镍，酸性电解质为硼酸，并且 六水硫酸镍、六水氯化镍及硼酸在混合溶液中的质量浓度分别为300g/L、30g/L、 40g/L。

步骤(2-2)中阴离子表面活性剂在混溶溶液中的质量浓度为1g/L，并且阴离 子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。碱性溶液为质量分数为5％的NaOH溶液。

步骤(2-3)中金属Zr粉在混合溶液中的质量浓度为1g/L，并且金属Zr粉的 粒径为3μm。

步骤(3)中电镀的工艺条件为：控制搅拌速度为350r/min，电流密度为100 mA/cm²。

步骤(4-1)中单质金属Al粉与铵盐粉末的质量之比为95:5，并且铵盐粉末为 NH₄Cl粉末。

本实施例中，镍基合金为Monel镍基合金。

采用本实施例方法制备而成的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层。

实施例4：

本实施例具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料的制备方法，具 体包括以下步骤：

(1)表面处理：

(1-1)通过电火花线切割将镍基合金切割成长度为30mm、宽度为20mm、高 度为3mm的镍基合金金属片；

(1-2)通过电火花线切割将纯度≥99％镍板切割成长度为32mm、宽度为 18mm、高度为3mm的镍板金属片；

(1-3)清洗镍基合金金属片、镍板金属片，打磨除锈，再清洗除去油污；

(1-4)在室温下采用酸性溶液对镍基合金金属片进行电解阳极活化处理，随 后用流动清水清洗，再于去离子水中超声清洗，吹干待用；

(2)配制电镀溶液；

(3)涂镀Ni-Zr镀层：

以镍板金属片为阳极，镍基合金金属片为阴极，将镍板金属片、镍基合金金属 片置于步骤(2)的电镀溶液中，于58℃下，边搅拌边进行电镀，电镀的时间依据 所需Ni-Zr镀层的厚度而定，待电镀结束后，清洗，吹干待用，制得涂镀有Ni-Zr 镀层的镍基合金；

(4)包埋渗铝：

(4-1)将单质金属Al粉与铵盐粉末一起研磨，混合均匀，制得混合粉末，再 将混合粉末置于坩埚中；

(4-2)将步骤(3)制得的涂镀有Ni-Zr镀层的镍基合金包埋入混合粉末中， 将坩埚置于管式炉中，加热至640℃，恒温处理10.5h，随后冷却至室温，取出样 品，经超声清洗后，干燥，即制得具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层 材料。

其中，步骤(1-4)中，电解阳极活化处理的条件为：控制温度为30℃，电流 密度为120mA/cm²，处理时间为3min。

步骤(2)配制电镀溶液的方法具体包括以下步骤：

(2-1)将镍盐及酸性电解质溶解于65℃的去离子水中，制得混合溶液；

(2-2)将阴离子表面活性剂溶解于煮沸的去离子水中，然后加入到混合溶液 中，并采用碱性溶液调节pH值为4.2；

(2-3)再加入金属Zr粉，充分搅拌，使金属Zr粉在混合溶液中均匀分散， 即制得电镀溶液。

步骤(2-1)中，镍盐为六水硫酸镍及六水氯化镍，酸性电解质为硼酸，并且 六水硫酸镍、六水氯化镍及硼酸在混合溶液中的质量浓度分别为200g/L、20g/L、 30g/L。

步骤(2-2)中阴离子表面活性剂在混溶溶液中的质量浓度为0.6g/L，并且阴 离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

步骤(2-3)中金属Zr粉在混合溶液中的质量浓度为0.8g/L，并且金属Zr粉 的粒径为2μm。

步骤(3)中电镀的工艺条件为：控制搅拌速度为300r/min，电流密度为80 mA/cm²。

步骤(4-1)中单质金属Al粉与铵盐粉末的质量之比为96:4，并且铵盐粉末为 NH₄Cl粉末。

本实施例中，镍基合金为定向凝固镍基合金。

采用本实施例方法制备而成的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层。

实施例5：

本实施例具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层材料的制备方法，具 体包括以下步骤：

(1)表面处理：

(1-1)通过电火花线切割将镍基合金切割成长度为32mm、宽度为24mm、高 度为2mm的镍基合金金属片；

(1-2)通过电火花线切割将纯度≥99％镍板切割成长度为35mm、宽度为 20mm、高度为2mm的镍板金属片；

(1-3)清洗镍基合金金属片、镍板金属片，打磨除锈，再清洗除去油污；

(1-4)在室温下采用酸性溶液对镍基合金金属片进行电解阳极活化处理，随 后用流动清水清洗，再于去离子水中超声清洗，吹干待用；

(2)配制电镀溶液；

(3)涂镀Ni-Zr镀层：

以镍板金属片为阳极，镍基合金金属片为阴极，将镍板金属片、镍基合金金属 片置于步骤(2)的电镀溶液中，于52℃下，边搅拌边进行电镀，电镀的时间依据 所需Ni-Zr镀层的厚度而定，待电镀结束后，清洗，吹干待用，制得涂镀有Ni-Zr 镀层的镍基合金；

(4)包埋渗铝：

(4-1)将单质金属Al粉与铵盐粉末一起研磨，混合均匀，制得混合粉末，再 将混合粉末置于坩埚中；

(4-2)将步骤(3)制得的涂镀有Ni-Zr镀层的镍基合金包埋入混合粉末中， 将坩埚置于管式炉中，加热至580℃，恒温处理11.5h，随后冷却至室温，取出样 品，经超声清洗后，干燥，即制得具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层 材料。

其中，步骤(1-4)中，电解阳极活化处理的条件为：控制温度为30℃，电流 密度为160mA/cm²，处理时间为4min。

步骤(2)配制电镀溶液的方法具体包括以下步骤：

(2-1)将镍盐及酸性电解质溶解于56℃的去离子水中，制得混合溶液；

(2-2)将阴离子表面活性剂溶解于煮沸的去离子水中，然后加入到混合溶液 中，并采用碱性溶液调节pH值为4；

(2-3)再加入金属Zr粉，充分搅拌，使金属Zr粉在混合溶液中均匀分散， 即制得电镀溶液。

步骤(2-1)中，镍盐为六水硫酸镍及六水氯化镍，酸性电解质为硼酸，并且 六水硫酸镍、六水氯化镍及硼酸在混合溶液中的质量浓度分别为150g/L、20g/L、 35g/L。

步骤(2-2)中阴离子表面活性剂在混溶溶液中的质量浓度为0.4g/L，并且阴 离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

步骤(2-3)中金属Zr粉在混合溶液中的质量浓度为0.6g/L，并且金属Zr粉 的粒径为2μm。

步骤(3)中电镀的工艺条件为：控制搅拌速度为320r/min，电流密度为95 mA/cm²。

步骤(4-1)中单质金属Al粉与铵盐粉末的质量之比为93:7，并且铵盐粉末为 NH₄Cl粉末。

本实施例中，镍基合金为单晶镍基合金。

采用本实施例方法制备而成的具有Ni-Zr扩散障碍层的Zr掺杂Ni-Al粘结层。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此 说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限 于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改 进和修改都应该在本发明的保护范围之内。