[發明專利]一種雙層抗氧化粘結底層高溫封嚴涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010944715.8
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112048696B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 張佳平;李明康;蘆國強;李浩宇;袁福河;彭新
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C23C4/11
• 分類號: C23C4/11;C23C4/073;C23C4/134;C23C4/137
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

一種雙層抗氧化粘結底層高溫封嚴涂層及其制備方法，所屬航空發動機涂層技術領域，涂層結構包括CoNiCrAlY抗氧化底層、CoNiCrAlY中間粘結過渡層和ZrO₂·Y₂O₃陶瓷封嚴層。本發明采用兩種粒度的CoNiCrAlY體系材料噴涂抗氧化底層和中間粘結涂層，采用含六方氮化硼和聚酯的ZrO₂·Y₂O₃陶瓷體系材料噴涂可磨耗封嚴面層，得到高溫封嚴涂層結合強度可增加10MPa以上，高溫抗氧化性能可提高15％以上，熱循環壽命可延長25％以上；解決了現有高溫封嚴涂層層間不匹配、結合性不好、抗沖蝕和抗刮削性能差、涂層大塊剝落的問題。

技術領域

本發明屬于航空發動機涂層技術領域，特別涉及一種雙層抗氧化粘結底層高溫封嚴涂層及其制備方法。

背景技術

在發動機工作過程中，為防止各種狀態下旋轉的渦輪葉片葉尖與機匣相摩擦造成機械損傷，因此在渦輪葉片與機匣表面之間預留一定間隙。然而，徑向間隙的存在對渦輪工作有很大影響。當封嚴泄流量減少1％時，可使發動機推力增加1％，耗油率降低0.1％，所以需要在渦輪外環塊是內表面制備高溫可磨耗封嚴涂層。

高溫封嚴涂層體系必須具有優異的抗高溫氧化性、長期的耐沖蝕性和優良的磨損性。目前，國內現有的高溫封嚴涂層，大部分是采用金屬基+潤滑相涂層材料結構，通常是使用大氣等離子噴涂工藝制備而成。但制備成的涂層組織均勻性及致密性較差，涂層層間結合力較低，導致在高溫使用環境下涂層出現分層，甚至大塊剝落，進而磨損和打傷葉片。同時這種涂層的服役溫度達不到1100℃以上，無法滿足推重比更高的先進發動機的使用要求。

因此，需要開發新型高溫封嚴涂層及制備方法，以優化涂層結構，提升涂層本征性能、高溫性能、抗沖蝕性能及抗刮削性能，強化高溫封嚴涂層與渦輪葉片的匹配性，以降低發動機燃油消耗，提高發動機工作效率。

發明內容

為解決現有高溫封嚴涂層層間不匹配、結合性不好、抗沖蝕和抗刮削性能差、涂層大塊剝落的問題，本發明提供一種雙層抗氧化粘結底層高溫封嚴涂層及其制備方法，分別采用兩種粒度的CoNiCrAlY體系材料噴涂抗氧化底層和中間粘結涂層，采用含六方氮化硼和聚酯的ZrO₂·Y₂O₃陶瓷體系材料噴涂可磨耗封嚴面層，并利用低壓等離子噴涂工藝制備雙層CoNiCrAlY合金涂層，得到三層結構的高溫封嚴涂層體系，可大幅提高拉伸結合強度。其具體技術方案如下：

一種雙層抗氧化粘結底層高溫封嚴涂層，包括CoNiCrAlY抗氧化底層、CoNiCrAlY中間粘結過渡層和ZrO₂·Y₂O₃陶瓷封嚴層；

所述CoNiCrAlY抗氧化底層，元素質量百分比為：Ni32％、Cr21％、Al8％、Y0.5％，余量為Co；所述CoNiCrAlY抗氧化底層厚度為0.08～0.12mm；所述CoNiCrAlY抗氧化底層的組織孔隙率＜1％；所述CoNiCrAlY抗氧化底層的原料使用粒度為5.5～38μm的Co32Ni21Cr8Al0.5Y粉末；

所述CoNiCrAlY中間粘結過渡層，元素質量百分比為：Ni32％、Cr21％、Al8％、Y0.5％，余量為Co；所述CoNiCrAlY中間粘結過渡層厚度為0.12～0.18mm；所述CoNiCrAlY中間粘結過渡層的組織孔隙率＜1％；所述CoNiCrAlY中間粘結過渡層的原料使用粒度為45～90μm的Co32Ni21Cr8Al0.5Y粉末；