[發明專利]一種Hf改性的PtAl涂層及制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910992047.3
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110735162A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 孫健;肖虹;李偉;劉書彬;傅霖兵;姜肅猛
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C25D5/12
• 分類號: C25D5/12;C25D5/40;C25D5/50;C25D3/12;C25D3/50;C25F1/04;C23C10/30;F01D5/28
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 王磊

本公開提供了一種Hf改性的PtAl涂層及制備方法與應用，其制備方法為：采用電鍍方法對鎳基高溫合金基體表面預鍍鎳層，再采用電鍍方法在鎳層表面電鍍鉑層，退火處理后采用化學氣相沉積法進行滲鋁和鉿。本公開制備方法制備的涂層具有優異的抗高溫氧化性能和抗熱腐蝕性能，同時其與基體的結合力更強。

技術領域

本公開屬于高溫防護涂層技術領域，涉及一種Hf改性的PtAl涂層及制備方法與應用。

背景技術

這里的陳述僅提供與本公開有關的背景信息，而不必然構成現有技術。

渦輪葉片是先進航空發動機的關鍵部件之一，鎳基高溫合金的高溫力學性能優異，因此在航空發動機中被大量的應用。為了提升航空發動機的燃油效率，獲取更強的動力，發動機的渦輪進口端的溫度不斷提高，這對高溫合金熱端部件的性能提出了更高的要求。經過約80年的發展，雖然高溫合金的高溫力學性能有了很大的提高，但是以犧牲其抗高溫氧化及熱腐蝕性能為代價。因此，為了保證高溫合金在苛刻的環境下既具有較優異的高溫機械性能，又兼顧良好的抗高溫氧化以及熱腐蝕性能，最有效的方法就是在高溫合金上添加高溫防護涂層。

高溫防護涂層經歷了簡單鋁化物涂層、改性鋁化物涂層、包覆型MCrAlY涂層和熱障涂層4代的發展。鋁化物涂層和MCrAlY涂層既可以作為高溫防護涂層直接使用，也可以用作熱障涂層的金屬粘結層，因此這兩類涂層的應用較為廣泛。鋁化物涂層因制備工藝簡單，生產成本低，于20世紀60年代被應用到高溫合金渦輪葉片。為了進一步提高簡單鋁化物涂層的抗高溫氧化和熱腐蝕性能，各種元素改性的鋁化物涂層受到了越來越多的關注。

Pt元素的添加能夠提高鋁化物涂層表面氧化膜的粘結性，抑制了氧化膜的剝落，減緩涂層中Al元素的消耗，從而延長涂層的使用壽命。另外，關于稀土元素的添加對涂層的有益作用，研究者們進行了大量的工作，并得出如下結論：稀土元素可以抑制涂層/氧化膜界面處的硫偏析，減弱“硫效應”從而抑制界面處孔隙的形成；聚集在氧化膜的晶界處抑制涂層中的鋁元素穿透氧化膜，使氧化膜的生長機制由鋁向外擴散控制轉變成氧向內擴散控制；在涂層/氧化膜界面處形成氧化物“釘”，起釘扎作用，從而增強氧化膜的粘結性；稀土元素還能夠一定程度上優化氧化膜的力學性能。博士論文《Pt改性鋁化物涂層的制備科學及性能研究》(陽穎飛，中國科學技術大學，2017)公開了一種Hf-(Ni,Pt)Al涂層，其制備過程為：將Hf粉均勻分散在鍍Pt液中，然后電鍍至鎳基高溫合金基體表面形成復合鍍層，最后通過高溫低活度氣相沉積方法進行滲鋁，其制備的Hf-(Ni,Pt)Al涂層具有較好的抗恒溫氧化性能、抗循環氧化性能、抗熱腐蝕性能。然而經過本公開發明人研究發現，該制備工藝制備的Hf-(Ni,Pt)Al涂層抗高溫氧化性能仍然較低，且工藝相對復雜。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開的目的是提供一種Hf改性的PtAl涂層及制備方法與應用，該制備方法制備的涂層具有更高的抗高溫氧化性能。

為了實現上述目的，本公開的技術方案為：

一方面，一種Hf改性的PtAl涂層的制備方法，采用電鍍方法對鎳基高溫合金基體表面預鍍鎳層，再采用電鍍方法在鎳層表面電鍍鉑層，退火處理后采用化學氣相沉積法進行滲鋁和鉿。

本公開發明人經實驗發現，當直接向鎳基高溫合金基體表面鍍鉑層時，鍍層表面出現裂紋甚至脫落，從而難以獲得均勻的涂層，影響涂層的抗恒溫氧化性能、抗循環氧化性能、抗熱腐蝕性能。

本公開預鍍鎳層能夠提高鍍Pt層與鎳基高溫合金基體的結合力，經過實驗發現，經過本公開制備方法獲得的涂層，具有更好的抗高溫氧化性能。

另一方面，一種Hf改性的PtAl涂層，由上述制備方法獲得。

本公開提供的Hf改性的PtAl涂層不僅能夠保持鎳基高溫合金原有的高溫力學性能，而且使鎳基高溫合金的抗高溫氧化性能和抗熱腐蝕性能更為優異，因而本公開的第三方面，提供了一種上述Hf改性的PtAl涂層在航空發動機中的應用。