[發明專利]一種高溫防護涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201711382777.9
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108103455B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 蔡杰;李國君;高承鉆;李晨;呂鵬;關慶豐;魯金忠
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/02;C23C14/16;C23C14/58
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本發明涉及涂層技術領域，特指一種具有新型表面結構的高溫防護涂層的制備方法。即利用“電弧離子鍍(AIP)+強流脈沖電子束(HCPEB)”復合技術，該方法制備的高溫防護涂層表面呈現光滑致密的鏡面結構，相結構單一，僅由γ/γ’相構成，最表層Al元素及稀土元素含量大幅度提高，且分布十分均勻，此外，表面還均勻分布著大量的超細晶結構，可大幅度提高涂層的抗高溫氧化及耐熱腐蝕性能。

技術領域

本發明涉及涂層技術領域，特指一種高溫防護涂層的制備方法，特別適用于具備抗高溫氧化、耐熱腐蝕的高溫合金表面的高溫防護涂層的制備。

背景技術

在現代能源和航空、航天業等領域，為提高動力系統的性能指標，對高溫合金及其防護涂層材料的性能提出了越來越高的要求；在實際應用中，高溫合金主要起承受載荷作用，而防護涂層則起到抵抗高溫氧化的作用。高溫防護涂層由于具有優良的抗高溫氧化以及耐熱腐蝕性能，且其涂層成分可以根據不同的工況條件進行選擇，既可以單獨使用，也可以作為熱障涂層(TBCs)體系中的金屬粘結層，已廣泛用于航空、艦船和地面發電用的各種燃氣渦輪發動機上。涂層的制備工藝有多種，包括熱噴涂、化學氣相沉積和物理氣相沉積等；其中，電弧離子鍍技術制備的金屬涂層致密、與基體結合良好，具有優異的高溫服役性能。但是由于在使用過程中，氧化膜的非受控生長以及涂層與基體件的互擴散等都會引起涂層體系Al含量下降，進而導致高溫防護涂層性能退化。

與本方法比較接近的是利用“大氣等離子噴涂+強流脈沖電子束”復合技術制備高溫防護涂層(脈沖電子束與噴砂復合處理對MCrAlY涂層表面粗糙度及結合強度的影響,焊接學報，4(2015)61-66)，雖然涂層表面發生重熔，但是涂層表面卻生成間斷性連續的胞狀凸起結構，局部范圍光滑致密，但涂層表面粗糙度卻明顯增加。這種工藝制備的涂層雖然解決了大氣等離子噴涂技術的熱噴涂缺陷，但卻提升了其表面粗糙度，而較低的表面粗糙度不僅為形成連續致密的氧化膜提供有利的先行條件，還能有效減少腐蝕介質與涂層的實際接觸面積，因此，對該類高溫防護涂層的抗高溫氧化和熱腐蝕性能的提高是至關重要的。此外，對于高溫防護涂層而言，其抗高溫氧化和耐熱腐蝕性能的提高主要依賴于涂層內部的Al含量，保證涂層具有充足的Al含量以提高表面保護性氧化膜的化學穩定性同樣很關鍵。但是，上述方法不僅在脈沖電子束重熔過程中增加了涂層表面粗糙度，而且在APS制備過程中會形成大量的Al₂O₃，這便在一定程度上消耗了涂層內部的Al含量，因此對抗高溫氧化和耐熱腐蝕性能的提高是有限的。基于此，研究開發具有更高使用壽命和防護效果的高溫防護涂層已成為研究熱點。

發明內容

為了解決背景技術中存在的技術問題，本發明提出了一種高溫防護涂層的制備方法，即利用“電弧離子鍍(AIP)+強流脈沖電子束 (HCPEB)”復合技術，該方法制備的高溫防護涂層表面呈現光滑致密的鏡面結構，相結構單一，僅由γ/γ’相構成，最表層Al元素及稀土元素含量大幅度提高，且分布十分均勻，此外，表面還均勻分布著大量的超細晶結構，可大幅度提高涂層的抗高溫氧化及耐熱腐蝕性能。

本發明的技術方案是：

該種高溫防護涂層的制備方法，高溫防護涂層是由高溫合金基體、MCrAlY 合金體系的涂層和改性重熔層構成，其特征在于：該方法的步驟是：

(1)高溫合金基體經過預磨、清洗、噴砂粗化處理后，利用電弧離子鍍技術在高溫合金基體表面沉積高溫防護涂層；

(2)對制備好的高溫防護涂層進行真空擴散熱處理，使元素分布更加均勻；

(3)對真空熱處理后的高溫防護涂層進行HCPEB轟擊處理，實現涂層表面重熔處理；

(4)對復合工藝制備好的涂層樣品進行表面粗糙度、相結構、微觀形貌和抗高溫氧化性檢測。