[發明專利]一種用于Ti－Al合金的Al/Al2O3/MCrAlY復合涂層及制備方法

無效

• 申請號: 200710011395.5
• 申請日: 2007-05-23
• 公開（公告）號: CN101310969A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 宮駿;王啟民;孫超;鮑澤斌;華偉剛;肖金泉;劉山川;姜肅猛;聞立時
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B15/04;C23C14/06;C23C14/22;C23C14/54
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及涂層制備技術，具體地說是一種用于Ti-Al合金高溫防護的 Al/Al₂O₃/MCrAlY復合涂層及制備方法。

背景技術

Ti-Al系金屬間化合物基合金(α₂-Ti₃Al、γ-TiAl和O-Ti₂AlNb)因其低密度、 高彈性模量和優異的高溫性能成為目前具有廣泛應用前景的新型高溫材料之一， 被認為是航空航天和汽車工業用理想的輕型高溫結構材料。Ti-Al系合金在應用中 存在的普遍問題是抗氧化性不足和環境脆性(高溫下合金中溶解氧造成合金變脆) 的問題，α₂-Ti₃Al合金的氧化限制溫度為600-650℃，γ-TiAl合金的氧化限制溫度為 800-900℃，O-Ti₂AlNb合金氧化限制溫度介于二者之間，約650-700℃，都低于合 金的蠕變限制溫度，使合金的力學性能不能得到充分發揮。目前Ti-Al系合金的高 溫防護仍是一個尚未解決的難題。

人們采用各種方法改善Ti-Al系合金的高溫氧化性能，一種是在合金中加入 或離子注入Nb，Cr，Mo，Si等有利于改善合金抗氧化性能的元素，但合金化會受到 合金力學性能的限制，離子注入層較薄，對合金高溫氧化性能的改善不大；另外 一種就是在合金表面加防護涂層。防護涂層有兩種，擴散滲涂層和包覆涂層，由 于擴散滲Al，Si或Al-Si共滲容易生成脆性相(TiAl₂和TiAl₃都很脆)，實用中帶 來力學性能降低；Ti-Al系合金表面的包覆涂層包括已廣泛用于鎳基合金高溫防護 的MCrAlY涂層和與Ti-Al系合金成分相近的TiAlAg、TiAlCr涂層。TiAlAg、TiAlCr 合金涂層在Ti-Al系合金上具有良好的高溫氧化性能，但這些合金的成分使其靶 材的加工非常困難，難以用于工程化生產。MCrAlY(M＝Ni，Co或Ni+Co)涂 層在鎳基高溫合金的防護上取得良好的效果，而且成分和厚度可按要求控制，滿 足不同使用工況條件的要求，因此作為高溫防護涂層和熱障涂層粘結底層已廣泛 應用于燃氣輪機葉片的高溫防護。相關應用的文獻如：①中國發明專利，一種爆 炸噴涂制備熱障涂層的方法，申請號01133423.1；②中國發明專利，一種抗氧化 熱障涂層及制備方法，申請號02133193.6；③中國發明專利，一種抗熱沖擊熱障 涂層的制備方法，申請號03133344.3；④中國發明專利，一種NiCoCrAlYSiB抗 熱腐蝕涂層及其制備方法，申請號03111363.X；等等。但這種涂層用于TiAl合金 遇到嚴重的互擴散問題，涂層中Ni、Co和Ti-Al合金基體中的Ti和Al反應生成 一些脆性的金屬間化合物相，造成元素的上坡擴散和涂層的快速退化，而且涂層 和合金界面上生成的脆性相將影響合金的力學性能。因此，要將MCrAlY涂層成 功用于Ti-Al合金，必須解決MCrAlY涂層與Ti-Al合金間的化學不匹配問題。在 高溫防護涂層體系中加入擴散阻擋層，可以使高溫防護涂層設計不用擔心合金基 體的影響，可以將MCrAlY涂層應用于本來與之嚴重化學不匹配的Ti-Al系合金 (α₂-Ti₃Al、O-Ti₂AlNb、γ-TiAl基合金)。至今將擴散阻擋層+MCrAlY復合涂層 成功用于Ti-Al合金的報道尚未見到。

發明內容

為了改善Ti-Al合金的高溫氧化抗力，保證其在高溫環境中的服役性能，本 發明的目的在于提供一種性能優良、易制備的Al/Al₂O₃/MCrAlY復合涂層，解決 MCrAlY涂層與Ti-Al合金間的化學不匹配問題，用于Ti-Al合金的高溫防護。

本發明的技術方案為：

一種用于Ti-Al合金的Al/Al₂O₃/MCrAlY復合涂層，包括依次沉積于合金基 體上的Al/Al₂O₃擴散阻擋層和MCrAlY合金防護涂層，Al薄膜、Al₂O₃薄膜和 MCrAlY防護涂層之間的厚度比為(1～5)∶(1～5)∶(20～50)；MCrAlY合金中， M為Ni，Co或Ni+Co。