[發(fā)明專利]一種制備MCrAlY熱障涂層的新工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410746542.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN104372390A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃豐;聶銘;林介東;鐘萬里;梁永純;李長(zhǎng)鵬;姚志奇;陳國(guó)鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院;西門子（中國(guó)）有限公司
• 主分類號(hào): C25D3/56
• 分類號(hào): C25D3/56;C25D5/34;C25D5/50
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑;侯莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MCrAlY熱障涂層的制備工藝，尤其涉及一種制備MCrAlY熱障涂層的新工藝。

背景技術(shù)

工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)在過去幾十年中取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)不斷提高的燃燒溫度和熱機(jī)效率這兩個(gè)方面。而這一切主要?dú)w功于材料的發(fā)展，尤其是燃機(jī)葉片材料和涂層材料的發(fā)展。

目前，大部分燃機(jī)葉片材料采用鎳基高溫合金，鎳具有較高熔點(diǎn)、合金基體韌性好、高溫下組織穩(wěn)定及綜合性能突出的優(yōu)勢(shì)。然而，隨著航空和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，熱端部件的使用溫度要求越來越高，很多已經(jīng)達(dá)到甚至超過高溫合金和單晶材料的熔點(diǎn)。以燃料輪機(jī)的受熱部件(如噴嘴、葉片、燃燒室)為例，其在日常工作中承受的溫度高達(dá)1100℃，已超過了高溫鎳合金使用的極限溫度1075℃，特別是F、H級(jí)燃機(jī)(極限溫度為1200～1400℃)，其燃燒溫度已經(jīng)遠(yuǎn)高于鎳合金的熔點(diǎn)，在這種情況下，熱障涂層的應(yīng)用顯得尤為重要。

熱障涂層由陶瓷鍍層、金屬粘結(jié)層和熱生長(zhǎng)層組成，熱障涂層沉積在高溫合金的表面，具有一定的厚度和耐久度。熱障涂層對(duì)基體材料起到了隔熱作用，可降低基體的溫度，提高基體的抗高溫氧化、抗腐蝕和抗磨損性能，使得高溫合金葉片能夠在其熔點(diǎn)以上的高溫環(huán)境中使用，進(jìn)一步提高了高溫合金的使用溫度。因此，熱障涂層技術(shù)已經(jīng)成為近些年來國(guó)際高溫涂層領(lǐng)域最活躍的研究課題之一。

MCrAlY/YSZ熱障涂層是最廣泛應(yīng)用的工業(yè)燃機(jī)涂層，它主要通過大氣等離子噴涂(APS)或者電子束物理氣相沉積(EB-PVD)制備。其中，大氣等離子噴涂是使用粉末作為涂層原料，利用陽(yáng)極(噴嘴)和陰極(電極)之間點(diǎn)燃高頻電弧，將涂層材料溶化與等離子氣體羽流射向靶機(jī)體形成涂層的一種工藝。但是，通過APS制備的涂層組織呈片層狀、空洞較多、抗熱振性能差，容易導(dǎo)致涂層提前剝落，致使葉片失效，影響燃機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而EB-PVD是在真空環(huán)境下，利用高能量密度的電子束加熱待蒸發(fā)材料，使其達(dá)到熔融氣化狀態(tài)，并在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下蒸發(fā)至基材上凝結(jié)成涂層的工藝。由EB-PVD制備的涂層結(jié)合力強(qiáng)，抗形變能力強(qiáng)，但是其沉積速率低，尺寸要求不能太大，成本高，阻礙了這項(xiàng)工藝的進(jìn)一步推廣適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、制備效率高、使用壽命長(zhǎng)、成本低的制備MCrAlY熱障涂層的新工藝，能夠有效避免產(chǎn)生片層結(jié)構(gòu)、減少孔隙率、提高涂層與基體的結(jié)合力、鍍層表面光潔、厚度均勻且易于控制，應(yīng)用于各種尺寸的工件，可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種制備MCrAlY熱障涂層的新工藝，其特征在于具體包括以下步驟：

⑴前期預(yù)處理：

①配置電鍍液：電鍍液中Ni離子、SO₄離子、Cl離子的摩爾比為5：4：1，其余為添加劑。電鍍液是以Ni離子為主的電解質(zhì)(如NiSO₄或NiCl₂)，具體可根據(jù)涂層成分和厚度的具體要求，選擇合適的電解液配方；

②清洗待電鍍工件以去除待電鍍工件表面的雜質(zhì)和氧化物；

③將清洗后的待電鍍工件表面進(jìn)行打磨、拋光，以增加鍍層的結(jié)合力；

⑵電鍍：

①制備CrAlY粉末：Cr、Al、Y元素的質(zhì)量百分比為：Cr：50～70wt％、Al：30～40wt％、Y：2～3wt％，wt％為質(zhì)量百分比，將Cr、Al、Y元素融化成一體，固化后得到CrAlY顆粒，將CrAlY顆粒研磨成CrAlY粉末；

Cr、Al、Y元素的具體配比是利用理論計(jì)算(根據(jù)化學(xué)式和成分配比，計(jì)算所需要的各種元素的含量)和實(shí)驗(yàn)(化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量生成物的配比是否達(dá)到需要的要求，再調(diào)整，使其成分與預(yù)期一致)相結(jié)合的方法來確定Cr、Al、Y等元素的配比。

②將待電鍍工件與電源的負(fù)極相連，將純鎳棒與電源的正極相連，再將待電鍍工件和純鎳棒一起插入電解槽中；

③將由步驟⑵①制得的CrAlY粉末溶于由步驟⑴①制得的電鍍液中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僖黄鸺尤腚娊獠壑校⑹购蠧rAlY粉末的電鍍液浸沒待電鍍工件；

④調(diào)整電解槽的溫度和PH值，選擇電壓和電流密度，打開電源進(jìn)行電鍍，獲得電鍍半成品；

可根據(jù)電鍍的具體要求，如鍍層厚度、工件大小、電沉積速率等參數(shù)，選擇合適的電壓與電流(與待電鍍工件的大小有關(guān))。

⑶后期熱處理：將電鍍半成品放入真空爐中，向真空爐中充入保護(hù)氣體，并加熱直至電鍍半成品完成擴(kuò)散和相變，獲得電鍍成品。