[發明專利]一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110359221.8
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113088883B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 王金龍;趙宗科;孟博;楊瀟文;陳明輝;王群昌;王福會
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32;B22F3/105;B22F9/04;C22C19/05
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 孫奇

本發明涉及高溫防護涂層領域，特別提供一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層及其制備方法。該復合涂層旨在傳統NiCrAlY涂層中添加Al₂O₃陶瓷來降低涂層/氧化膜之間的熱膨脹系數差異，降低氧化膜開裂、剝落的傾向，以期提高涂層的抗氧化性能。利用SPS放電等離子燒結金屬陶瓷復合靶材，并通過真空多弧離子鍍技術在K38G基體表面制備金屬陶瓷涂層。相較于傳統NiCrAlY涂層，該復合涂層具有優異的抗高溫氧化、抗熱腐蝕、抗熱循環剝落綜合性能。

技術領域

本發明涉及一種高溫防護涂層領域，具體涉及一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層及其制備方法。

背景技術

當前，高溫防護涂層與高溫合金、高效冷卻并稱為燃氣渦輪發動機渦輪葉片的三大關鍵技術。高性能燃氣渦輪發動機熱端部件工作環境極其嚴苛，其渦輪前燃氣進口溫度高達1650K以上，需要承受高溫、復雜應力、腐蝕氣氛和高速微粒沖蝕等破壞因素。而高溫合金憑借其優異的高溫力學性能和良好的抗高溫腐蝕性能，成為發動機熱端部件材料的最佳選擇。高溫合金的設計理念以高溫蠕變性能為第一優化目標值，適當兼顧抗高溫氧化和抗熱腐蝕性能。為延長發動機壽命，通常在熱端部件表面施加高溫防護涂層來滿足抗氧化和耐腐蝕性能。因此，開發具有優良高溫力學性能的材料對燃氣渦輪發動機的發展和應用具有至關重要的意義。

MCrAlY(M代表Fe,Ni,Co或其組合)涂層具有優異的抗氧化性能和力學性能，廣泛用于航空發動機和工業燃氣輪機的渦輪葉片或其它熱端部件上，既可以用作熱障涂層的粘結層，也可以直接作為包覆涂層。但傳統的MCrAlY涂層與其表面形成的保護性氧化膜的熱膨脹系數差別較大，在冷熱循環中，表面氧化膜承受較高的熱應力，可能導致開裂和剝落。

發明內容

本發明提供一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層及其制備方法，本發明采用放電等離子燒結以及多弧離子鍍技術制備的金屬陶瓷涂層，克服了傳統金屬涂層在高溫服役時因涂層與其表面形成的保護性氧化膜熱膨脹系數差異較大而造成的涂層開裂與剝落等缺點，解決了現有金屬陶瓷涂層應用于高溫腐蝕環境中抗氧化、耐腐蝕以及抗剝落欠佳等問題。

本發明的技術方案如下：

一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層，該金屬陶瓷涂層由MCrAlY金屬相母體和彌散分布的微米級氧化鋁陶瓷相顆粒組成，陶瓷顆粒選用為粒晶在1～10μm之間的Al₂O₃顆粒，按質量百分比計，陶瓷顆粒的添加量占金屬陶瓷涂層的10wt.％，MCrAlY金屬顆粒的添加量占金屬陶瓷涂層的90wt.％，即90wt.％NiCrAlY+10wt.％Al₂O₃；其中NiCrAlY的化學成分為Cr：24.17～27.16wt.％，Al：5.14～11.03wt.％，Y：0.55～0.65wt.％，Fe：0.07～0.08wt.％，Si：0.03wt.％，C：0.005wt.％，余量為Ni。

進一步的，上述的一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層，該金屬陶瓷涂層的總體厚度為20～25μm。

一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)合金靶材的制備：采用SPS放電等離子燒結的方法制備多組元合金作為陰極靶材；

(2)工件前處理：鍍膜前對試樣進行常規打磨、倒角和噴砂處理，最后用酒精丙酮混合溶液超聲清洗；

(3)涂層制備：利用DH-7型多弧離子鍍設備進行涂層的制備。

進一步的，上述的一種高溫合金復合金屬陶瓷涂層的制備方法，步驟(1)具體步驟為：