[發(fā)明專利]單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710045831.4
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN108330483B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁靜靜;楊彥紅;周亦胄;金濤;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C30B29/52;C30B33/02
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及高溫防護涂層制備領(lǐng)域，具體為一種單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法。首先，將待熔覆涂層的單晶高溫合金試樣表面進行砂紙打磨及噴砂處理，保證試樣表面無氧化膜等雜質(zhì)；其次，根據(jù)單晶高溫合金試樣表面的形狀，利用計算機軟件規(guī)劃出激光掃描路徑；而后，利用激光束依照規(guī)劃好的路徑，采用同軸送粉的粉末輸送方式進行熔覆成形；最后，在特定溫度進行退火處理以獲得無應(yīng)力、元素成分和顯微組織良好的涂層組織。采用本發(fā)明方法制備的單晶MCrAlY涂層，晶體取向與合金基體一致，且涂層與基體的接觸面可形成致密的冶金結(jié)合，服役過程中不易剝落。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及高溫防護涂層制備領(lǐng)域，具體為一種單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法。

背景技術(shù)：

為了發(fā)展大推力、高效率和低油耗航空發(fā)動機，必需提高渦輪葉片的承溫能力。渦輪葉片承溫能力的提高會加劇葉片的腐蝕和氧化，導(dǎo)致其過早失效，為此必須在葉片表面施加高溫防護涂層。MCrAlY涂層具有優(yōu)良的抗高溫氧化腐蝕性和成分選擇的靈活性，已經(jīng)作為表面包覆涂層和熱障涂層的金屬粘結(jié)層在航空發(fā)動機中獲得了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的MCrAlY涂層的顯微組織是多晶，與目前先進航空發(fā)動機葉片的首先材料單晶高溫合金在相結(jié)構(gòu)上差異較大，容易造成涂層/基體界面物理性能(如：熱膨脹性)和力學(xué)性能(如：彈性模量、蠕變強度)的不連續(xù)。在葉片服役過程中，這種性能不連續(xù)能降低葉片的服役壽命。為此，發(fā)展單晶MCrAlY涂層，并使其與單晶葉片基體具有相同晶體取向是一種非常有潛力的方法。

激光熔覆技術(shù)是近年來新興的先進制造技術(shù)，其熔覆過程中所涉及的凝固行為與其他涂層制備技術(shù)不同，它是非常小的液相熔池在相對非常大的固態(tài)基體上以外延生長為主的凝固過程，凝固速率較快，屬于非平衡快速凝固。在這種凝固條件下，凝固過程中的熱傳輸、溶質(zhì)傳輸?shù)劝l(fā)生了較大變化，使熔覆層易于遺傳基體的晶體取向，形成具有一定晶體取向的柱狀晶，且顯微組織明顯細化。從而，激光熔覆技術(shù)的發(fā)展使制備具有單晶組織結(jié)構(gòu)的MCrAlY涂層成為可能。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種在單晶高溫合金基體上制備單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，該方法可行性強，適用于所有單晶高溫合金基體。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，采用激光熔覆制備單晶MCrAlY涂層，在激光成形前將待涂覆試樣表面砂紙磨平并噴砂處理，而后利用激光熔覆成形技術(shù)將MCrAlY涂層粉末熔覆在試樣表面，最后進行退火熱處理。

所述的單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，采用砂紙將待熔覆涂層試樣表面磨平，以去除表面污染物，使待熔覆表面呈現(xiàn)金屬光澤，而后采用噴砂處理，使試樣表面呈現(xiàn)出的粗糙度為0.5～4.5Ra。

所述的單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，根據(jù)待熔覆涂層單晶高溫合金試樣表面的形狀及曲率，利用計算機畫圖軟件，規(guī)劃出激光掃描路徑，而后通過3D打印切片軟件生成可控制激光掃描路徑的程序。

所述的單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，計算機畫圖軟件為UG或CAD。

所述的單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，采用激光3D打印系統(tǒng)，按照所規(guī)劃的掃描路徑，采用同軸送粉的粉末輸送方式，進行激光熔覆。

所述的單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，熔覆過程中，所采用的激光功率200～1500w，激光光斑直徑0.8～1.2mm，保護氣體氬氣壓強為0.08～0.15MPa，光束掃描速度為300～1200mm/min，送粉量0.3～8g/min，粉末粒度-80～+450目，道次搭接率30～50％。

所述的單晶高溫合金基體上單晶MCrAlY涂層的激光熔覆成形方法，粉末使用之前進行100～200℃的烘干處理。