[發明專利]一種新型高效長壽命熱障涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201110285252.X
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN103014704A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 王璐;張鵬;楊江龍;程玉賢;鄒卓
• 申請（專利權）人: 沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C4/08;C23C14/06
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及熱障涂層制備技術，具體是涉及一種用于燃氣輪機透平動葉片表面的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法。

背景技術

熱障涂層由于具有使高溫合金在更高的高渦輪前進口溫度下長期服役的功能，能夠顯著提高發動機推力，提高發動機壽命和可靠性，降低冷卻氣體量，降低耗油量，節省燃料等諸多優點，被廣泛用于透平機械熱端部件的表面防護。

目前，用于制備熱障涂層的眾多工藝中，只有熱噴涂和電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術最具有實用價值。熱噴涂技術與電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術相比，設備投入費用低，生產效率高，非常適宜批量生產，但由于熱噴涂涂層具有典型的板條狀結構，容易導致熱機疲勞，使涂層易剝離失效，因此這種工藝一般只用于靜止的工件上，如火焰筒、過渡段、渦輪導向葉片等。航空發動機渦輪工作葉片和燃氣輪機透平動葉片服役過程中承受高速旋轉的離心力和高速氣流沖刷的熱應力，要求熱障涂層具有較高的抗熱機疲勞特性。EB-PVD技術制備的TBCs涂層的結構具有縱向裂紋或柱狀晶，因此抗熱機疲勞能力極強，可滿足航空發動機渦輪工作葉片和燃氣輪機透平動葉片的使用要求。

目前，國內外燃氣輪機透平動葉片熱障涂層的制備（包括底層和面層）都是采用物理氣相沉積工藝，但該工藝路線成本高，周期長，國內受設備能力的限制，很難實現批量生產。因此，研發出一種新型高效長壽命熱障涂層的制備方法是勢在必行的。

發明內容

本發明目的是提供一種用于燃氣輪機透平動葉片表面的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法。具體是采用超音速噴涂技術制備底層，經真空擴散處理、噴丸處理及消除應力熱處理等特殊預處理工序后，保證底層和面層的良好匹配，然后通過控制電子束物理氣相沉積的方法制備面層，提高涂層質量，滿足燃氣輪機2萬小時首翻壽命的需求。

本發明將抗氧化底層的制備工藝由物理氣相沉積法改為超音速噴涂法，解決了電子束物理氣相沉積制備CoCrAlY底層時，生產效率低且生產成本高的問題。針對超音速噴涂CoCrAlY涂層表面微觀結構粗糙、影響EB-PVD制備YSZ陶瓷面層沉積生長方向及涂層結構的問題，本發明對CoCrAlY涂層采用特殊表面強化平整技術，使之具備用EB-PVD制備具有柱狀晶結構YSZ陶瓷面層的基本條件。

本發明提供一種新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：制備涂層的主要工藝線路為超音速噴涂法噴涂CoCrAlY抗氧化底層→真空擴散處理、噴丸處理及消除應力熱處理→電子束物理氣相沉積YSZ陶瓷面層。本發明采用超音速噴涂法噴涂底層，且通過真空擴散處理、噴丸處理及消除應力熱處理等特殊預處理工序后，保證底層和面層的良好匹配，最后通過控制電子束物理氣相沉積陶瓷面層的工藝參數以及特殊的涂層后處理工藝，提高了涂層質量。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述涂層底層厚度為0.05mm~0.15mm，面層厚度為0.06mm~0.18mm。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述超音速噴涂粉末成分按質量百分比為：Cr?18.0%~22.0%，Al?10.0%~14.0%，Y?0.4%~0.8%，Co余量；粉末粒度為-270目~+325目。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述真空擴散的溫度為950℃~1100℃，時間為2~6h，真空度小于6.65×10^-2Pa。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述噴丸處理采用玻璃噴丸，噴丸強度弧度高值小于1mmA，覆蓋率≥100%。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述消除應力熱處理的熱處理爐真空度小于6.65×10^-2Pa，溫度為?900℃~1100℃，時間≤4h。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述電子束物理氣相沉積涂鍍前零件表明粗糙度Ra<1.0μm，涂鍍溫度為800℃~950℃，工件轉動速度為10r/min~20r/min。

本發明提供的新型高效長壽命熱障涂層的制備方法，其特征在于：所述超音速噴涂以氧氣、煤油為燃料，送粉速率為25g/min~60g/min。