[發明專利]航空發動機高溫合金上高溫防護涂層的加工方法

在審

• 申請號: 202111542470.7
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114196948A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 云海濤;孫文;江柱中;孫訓東;諶曲平;張科杰;鄭彩鳳;黃仁忠;郭建云;陳建強
• 申請（專利權）人: 中國航發南方工業有限公司;廣東省科學院新材料研究所
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04;C22F1/02;C23C8/10
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發明公開了一種航空發動機高溫合金上高溫防護涂層的加工方法，首先對基體表面進行打磨和拋光；然后采用冷噴涂噴槍對基體進行預熱處理；再通過冷噴涂噴槍使用氦氣作為載氣于基體表面冷噴涂至少一層MCrAlY，以形成MCrAlY打底涂層；再通過冷噴涂噴槍使用氮氣作為載氣于基體表面冷噴涂多層MCrAlY；最后通過對基體表面的MCrAlY打底涂層以及MCrAlY外表面涂層進行真空熱處理；本方案通過依次采用氦氣和氮氣作為載氣噴涂MCrAlY，以依次在基體表面形成MCrAlY打底涂層和MCrAlY外表面涂層，以同時保證MCrAlY涂層與基體的結合強度高且MCrAlY涂層的表面高溫硬度和耐磨性低于對偶件的表面高溫硬度和耐磨性，并提高基體的性能和使用壽命，滿足實際應用過程中的使用需求。

技術領域

本發明涉及航空發動機合金加工工藝技術領域，特別地，涉及一種航空發動機高溫合金上高溫防護涂層的加工方法。

背景技術

高溫合金因其使用溫度高、屈服強度高、高溫蠕變性能好，廣泛應用于燃氣輪機和航空發動機中溫度較高的零部件，其服役條件苛刻，通常面臨高溫(600-1200℃的溫度)、摩擦、氧化、燃氣腐蝕和復雜應力(蠕變、高低周疲勞、熱疲勞等)等多重影響，此外，因其原材料成本高、制備工藝復雜且流程長等原因，售價昂貴，因此高溫合金表面通常需要涂覆高溫防護涂層，以提高高溫合金的性能和使用壽命。

由于MCrAlY(M代表Co和/或Ni)具有良好的抗高溫氧化和腐蝕性能，因此，現有的高溫合金表面的高溫防護涂層通常采用冷噴涂噴槍將MCrAlY噴射于高溫合金基體表面以形成高溫防護涂層。MCrAlY涂層在高溫環境下表面可形成致密的Cr2O3和Al2O3氧化膜，進而可以阻止氧元素向內部擴散，從而提高了基體的高溫抗氧化和耐腐蝕性能。然而，現有的MCrAlY涂層加工時往往存在以下問題：1、為保證MCrAlY涂層與基體的結合強度，導致MCrAlY涂層的表面高溫硬度和耐磨性過高，甚至超過對偶件的表面高溫硬度和耐磨性，易造成對對偶件的磨損；2、為保證MCrAlY涂層的表面高溫硬度和耐磨性不高于對偶件，MCrAlY涂層與基體的結合強度過低，MCrAlY涂層易脫落，沒有滿足提高高溫合金足夠性能和使用壽命的要求。

發明內容

本發明提供了一種航空發動機高溫合金上高溫防護涂層的加工方法，以解決現有的航空發動機高溫合金上高溫防護涂層的加工方法無法同時保證MCrAlY涂層與基體的結合強度高且MCrAlY涂層的表面高溫硬度和耐磨性低于對偶件的表面高溫硬度和耐磨性的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種航空發動機高溫合金上高溫防護涂層的加工方法，包括以下步驟：a、對基體表面進行打磨和拋光；b、采用冷噴涂噴槍對基體進行預熱處理；c、冷噴涂噴槍使用氦氣作為載氣于基體表面冷噴涂至少一層MCrAlY，以形成MCrAlY打底涂層；d、冷噴涂噴槍使用氮氣作為載氣于基體表面冷噴涂多層MCrAlY，以形成具有預設厚度的MCrAlY外表面涂層；e、對于基體表面的MCrAlY打底涂層以及MCrAlY外表面涂層進行真空熱處理。

進一步地，在步驟b中，基體的預熱溫度范圍為200-600℃。

進一步地，在步驟c中，氦氣的工作溫度范圍為300-1000℃，氦氣的工作壓強為1-4MPa。

進一步地，在步驟d中，氮氣的工作溫度范圍為500-1000℃，氮氣的工作壓強為2-7MPa。

進一步地，在步驟e中，真空熱處理的真空度不低于10^-4Pa，真空熱處理的熱處理溫度范圍為850-1200℃，真空熱處理的熱處理時間范圍為2-8h。

進一步地，MCrAlY合金粉末的粒徑分布范圍為5-100μm。

進一步地，在步驟c中，冷噴涂噴槍的走槍速度范圍為10-1000mm/s；和/或在步驟d中，冷噴涂噴槍的走槍速度范圍為10-1000mm/s。