[發明專利]一種熱障涂層中CoCrAlY結合層表面抗氧化層的制備方法

在審

• 申請號: 202011198992.5
• 申請日: 2020-10-31
• 公開（公告）號: CN112239851A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 沈月;韓志勇;劉延寬;靖珍珠;韓劍
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/16;C23C14/58
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

一種熱障涂層中CoCrAlY結合層表面抗氧化層的制備方法。其包括采用鋁顆粒作為靶材；利用電子束蒸發鍍膜設備對CoCrAlY結合層的表面進行電子束蒸發鍍膜形成鋁膜；利用強流脈沖電子束設備對表面覆有鋁膜的CoCrAlY結合層進行轟擊而形成抗氧化層等步驟。本發明提供的熱障涂層中CoCrAlY結合層表面抗氧化層的制備方法具有如下優點：本發明在不影響涂層力學性能前提下，通過電子束蒸發鍍鋁結合電子束轟擊重熔處理，通過改變CoCrAlY結合層表面的成分和結構，形成保護性氧化鋁膜來抑制脆性熱生長氧化物生成的方法，進而可提高CoCrAlY結合層的抗氧化能力。

技術領域

本發明屬于材料加工技術領域，特別是涉及一種熱障涂層中CoCrAlY結合層表面抗氧化層的制備方法。

背景技術

為了防止航空發動機因高溫而出現損壞，通常在其基體的表面設置一層高溫防護涂層。雙層熱障涂層是其中一種，其中陶瓷層為面層，主要起耐高溫及隔熱作用，CoCrAlY結合層位于陶瓷層與基體之間，起高溫抗氧化、改善陶瓷層和基體因熱物性不匹配而產生的物理相容性的作用。目前，熱障涂層失效的原因主要是CoCrAlY結合層中的Co等原子被氧化而生成了結構疏松且脆性很大的尖晶石類熱生長氧化物，由此產生的應力集中會使CoCrAlY結合層容易產生裂紋并誘發界面斷裂。所以如何在陶瓷層與CoCrAlY結合層間快速形成一層完整的保護性抗氧化層，抑制其他尖晶石類氧化物的生長是提高熱障涂層壽命的一個關鍵問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種熱障涂層中CoCrAlY結合層表面抗氧化層的制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供的熱障涂層中CoCrAlY結合層表面抗氧化層的制備方法包括按順序進行的下列步驟：

1)采用鋁顆粒作為靶材，并置于石墨坩堝內，然后將石墨坩堝連同靶材一起放入電子束蒸發鍍膜設備的真空腔室下部；

2)將已制備好的覆有CoCrAlY結合層的基體放在電子束蒸發鍍膜設備的真空腔室上部的樣品臺上，然后通過機械泵和分子泵抽真空的方式使真空腔室的真空度達到5×10^-5Pa；

3)打開電子槍燈絲電源，先進行預熱，并控制電子槍產生的電子束光斑位于石墨坩堝中靶材的中心位置，通過樣品臺上的旋轉裝置調節電子束光斑與CoCrAlY結合層表面之間的蒸鍍距離，然后在設定的工藝參數下開始對CoCrAlY結合層的表面進行電子束蒸發鍍膜，蒸發鍍膜結束后將在CoCrAlY結合層的表面形成一層鋁膜，之后取出覆有鋁膜及CoCrAlY結合層的基體；

4)將覆有鋁膜及CoCrAlY結合層的基體放置在強流脈沖電子束設備內的樣品臺上，通過機械泵、分子泵抽真空，然后在設定的工藝參數下，利用強流脈沖電子束設備對上述表面覆有鋁膜的CoCrAlY結合層進行多次轟擊進行表面重熔處理，由此在CoCrAlY結合層的表面形成抗氧化層，從而提高熱障涂層的抗氧化能力。

在步驟1)中，所述的鋁顆粒采用純度為99.99％，直徑和高度均為3mm的圓柱形鋁顆粒。

在步驟3)中，所述的預熱電流為0.6A，預熱時間為5min。

在步驟3)中，所述的蒸鍍的工藝參數為：蒸鍍束流240mA，掃描電流1A，燈絲電流0.7A，燈絲電壓120V，電子槍高壓電流8kV，蒸鍍距離45cm。

在步驟3)中，所述的蒸鍍時間為60min，鋁膜厚度為550～600nm。

在步驟4)中，所述的強流脈沖電子束設備內的真空度為5×10^-3Pa。

在步驟4)中，所述的重熔處理的工藝參數為：能量25KeV，脈寬1.5μm，能量密度4J/cm²，束斑直徑0.7A；轟擊次數為30次。