[發明專利]一種包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201310280637.6
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103342016A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 王福會;王文;程玉賢;朱圣龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B15/04
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及高溫涂層技術，具體為一種用于合金高溫防護的包含氧化鋯活性擴散障涂層的高溫涂層及制備方法。

背景技術

隨著發動機效率的不斷提高，為確保由高溫合金制造的發動機葉片即具有良好的高溫力學性能又兼備優異的高溫腐蝕抗力，在葉片表面施加MCrAlY高溫防護涂層是行之有效的途徑。然而，發動機服役溫度的提高加劇了合金基體與防護涂層間合金組元的互擴散，加速了基體/涂層體系的退化，其主要表現為：(1)有益組元Al、Cr由MCrAlY防護涂層向基體擴散，W、Ta、Mo等合金組元由基體向涂層擴散，降低了涂層表面保護性氧化膜的化學穩定性與自愈能力；(2)互擴散帶中形成的空洞與脆性相，以及二次反應區的形成都嚴重降低了涂層/合金體系的力學性能。因此，在合金基體與防護涂層間施加擴散障，阻止合金元素的互擴散是解決這一問題的有效方法。

已有的應用研究表明，鉑族金屬（如Pt）、難熔金屬（如Ta、W）以及金屬間化合物相（如Ir-Ta、Rh-Ta）作為擴散障候選材料存在著成本高、阻擋性能低、制備難度大、力學性能差等缺點。缺陷濃度低的氧化物，如氧化鋁作為擴散障材料，具有優異的抑制合金組元擴散性能，但由于利用物理或化學氣相沉積技術制備的氧化鋁膜與金屬材料的界面結合力低，無法獲得實際的工業應用。利用真空物理或化學氣相沉積技術制備的氧化鋯薄膜，在高溫下能夠與合金基體以及外抗高溫防護涂層反應形成界面結合力高的氧化鋁膜，形成氧化鋁/金屬/氧化鋁多層膜結構，可有效阻止合金元素的互擴散。

迄今，采用氧化鋯作為活性擴散障的抗氧化涂層尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以提高抗高溫氧化性能、包含氧化鋯活性擴散障層的新型抗氧化高溫涂層及其制備方法。該氧化鋯擴散障層在使用過程中自發轉變為包括氧化鋁/金屬/氧化鋁的多層膜結構，能夠阻礙該抗高溫氧化防護外層與基體之間的互擴散，并具有良好的結合強度與熱穩定性。本發明通過抑制基體與涂層間合金組元互擴散方法，可以延長涂層的壽命，并避免互擴散導致基體力學性能變壞。

本發明的技術方案是：

一種包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層，該基體上的高溫涂層至少包括一個氧化鋯內層和一個抗高溫氧化防護外層。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層，當基體鋁含量低于3wt%時，在基體與氧化鋯內層之間增加一個富鋁合金層。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層，富鋁合金層的厚度為0.001mm至0.02mm，其化學成分至少含有鋁，并包含Cr、Y、Hf、Si、Nb、Ta、Ni、Co之零種或一種以上，其含量分別為，Al：8-100wt%、Cr：0-35wt%、Co：0-65wt%、Ni：0-70wt%、Y：0-5wt%、Hf：0-1wt%、Si：0-1wt%、Nb：0-5wt%、Ta：0-5wt%，所述含量為富鋁合金層的平均含量。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層，氧化鋯內層的厚度為0.001mm至0.01mm，其化學成分為：氧化鋯含量90wt%至99.95wt%，其余為氧化釔、氧化鉿、氧化銥、鑭系元素氧化物中的一種或兩種以上，所述含量為氧化鋯內層的平均含量。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層，抗高溫氧化防護外層的厚度為0.02mm至0.3mm，其化學成分至少包括鎳和/或鈷之一、鋁，并包含Cr、Y、Hf、Si、Nb、Ta之零種或一種以上；其含量分別為，Al：5-35wt%、Ni：0-65wt%、Co：0-65wt%、Cr：0-35wt%、Y：0-1wt%、Hf：0-1wt%、Si：0-1wt%、Nb：0-5wt%、Ta：0-5wt%，所述含量為抗高溫氧化防護外層的平均含量。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層的制備方法，至少包括如下工序，工序一為氧化鋯內層的制備，工序二為抗高溫氧化防護外層的制備。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層的制備方法，當基體鋁含量低于3wt%時，在氧化鋯內層的制備之前增加一個富鋁合金層的制備工序。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層的制備方法，在氧化鋯內層制備前，利用真空物理氣相沉積、化學氣相沉積、熱噴涂方法之一或其組合在基體合金上預制厚度為0.001mm至0.02mm的富鋁合金層。

所述的包含氧化鋯活性擴散障層的高溫涂層的制備方法，氧化鋯內層的制備采用電子束物理氣相沉積(EB-PVD)法。