[發(fā)明專利]一種共沉積梯度MCrAlY涂層及制備工藝

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710011432.2
• 申請(qǐng)日: 2007-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN101310972A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫超;鮑澤斌;王啟民;李偉洲;宮駿;華偉剛;肖金泉;劉山川;熊天英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): B32B33/00
• 分類號(hào): B32B33/00;B32B15/01;C23C14/22;C23C14/14;C23C14/54;C23C14/58
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫防護(hù)涂層技術(shù)，具體地說是一種共沉積梯度MCrAlY涂層及制備方法。

背景技術(shù)

作為一種具有良好抗氧化、抗熱腐蝕性能的MCrAlY(M＝Ni，Co或Ni+Co)包覆涂層，已被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等耐熱部件的防護(hù)，它既可以單獨(dú)使用，也可以作為粘接層(bond?coat)與表面陶瓷層(如Y₂O₃部分穩(wěn)定的ZrO₂)一起構(gòu)成熱障涂層(TBCs，即thermal?barrier?coatings)體系，來提高部件的抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能，延長部件的服役壽命。相關(guān)應(yīng)用的文獻(xiàn)如：①中國發(fā)明專利，一種爆炸噴涂制備熱障涂層的方法，申請(qǐng)?zhí)?1133423.1；②中國發(fā)明專利，一種抗氧化熱障涂層及制備方法，申請(qǐng)?zhí)?2133193.6；③中國發(fā)明專利，一種抗熱沖擊熱障涂層的制備方法，申請(qǐng)?zhí)?3133344.3；④中國發(fā)明專利，一種NiCoCrAlYSiB抗熱腐蝕涂層及其制備方法，申請(qǐng)?zhí)?3111363.X；等等。

對(duì)于高溫合金及高溫防護(hù)涂層部件，氧化是導(dǎo)致部件失效的重要原因之一，其抗氧化性能的提高主要依賴于表面緩慢生長的Al₂O₃膜。在高溫下，均勻致密的氧化鋁膜，特別是α-Al₂O₃膜擁有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，元素在其內(nèi)部的擴(kuò)散系數(shù)非常小，因此高溫合金或高溫防護(hù)涂層設(shè)計(jì)時(shí)，通常希望加入較高含量的Al元素，利用Al的選擇性氧化生成單一的均勻Al₂O₃膜來保護(hù)內(nèi)部基體不受氧化或降低氧化速率，延長部件使用壽命。Ni基高溫防護(hù)MCrAlY涂層體系中，常見的Al元素金屬間化合物有Ni₂Al₃，β-NiAl和γ′-Ni₃Al等，其中Ni₂Al₃因較脆而力學(xué)性能差，γ′-Ni₃Al中Al含量太低而不能長時(shí)間生成單一的Al₂O₃膜，β-NiAl以同時(shí)具有較高Al含量及相對(duì)良好的力學(xué)性能作為涂層中常見的Al存儲(chǔ)相(Al-reservoir)。

長時(shí)間的高溫氧化及涂層與基體的元素互擴(kuò)散是導(dǎo)致涂層體系失效的重要原因，其特點(diǎn)是Al存儲(chǔ)相被大量消耗，最后涂層內(nèi)部的Al濃度不足以選擇性氧化生成單一Al₂O₃膜而不再具有保護(hù)生能。因此，通過提高高溫防護(hù)MCrAlY涂層內(nèi)Al源的含量可以有效地延長涂層使用壽命，但過高Al含量會(huì)導(dǎo)致涂層脆性增加，不利于涂層部件冷熱交替循環(huán)工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了延緩高溫防護(hù)涂層的退化，延長涂層的服役時(shí)間，本發(fā)明的目的在于提供一種Al元素呈梯度分布的共沉積MCrAlY涂層及其制備方法。由于梯度效應(yīng)，使得涂層在保證力學(xué)性能的前提下最大限度的提高了β-NiAl存儲(chǔ)相含量，因而可以延緩?fù)繉油嘶^程，提高涂層的防護(hù)效果和服役周期。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種共沉積梯度MCrAlY涂層的制備工藝，在MCrAlY涂層上沉積Al(SiY)涂層，形成Al元素濃度沿深度方向呈梯度分布的復(fù)合MCrAlY涂層，該梯度涂層表層Al元素濃度為20～35wt％，里層Al元素濃度為5～10wt％；共沉積涂層表面為富Al的β-NiAl層，Al主要分布在β-NiAl相中；內(nèi)層為MCrAlY加彌散分布的β-NiAl相，Al元素分布在β-NiAl相和γ′-Ni₃Al相中；

通過電弧離子鍍共沉積加真空擴(kuò)散退火的方法制備梯度MCrAlY涂層：

首先采用電弧離子鍍技術(shù)沉積常規(guī)MCrAlY涂層，沉積參數(shù)為：真空室的本底真空2×10^-3～1×10^-2Pa；通入Ar氣，使真空室壓強(qiáng)升至5×10^-23×10^-1Pa；靶基距為230～250mm；轟擊偏壓-800～-1000V，占空比20～40％，濺射清洗時(shí)間2～5分鐘；沉積MCrAlY涂層時(shí)，弧電流50～70A，弧電壓20～25V，脈沖偏壓-150～-300V，占空比20～40％，沉積溫度300～400℃，制備的常規(guī)MCrAlY涂層厚度為40～60μm；