[發明專利]一種復合沉積MCrAlY抗氧化涂層及其制備工藝

在審

• 申請號: 202310276471.4
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116162903A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 王啟民;彭濱;許雨翔
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/02;C23C14/22
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 聶志偉

本發明公開了一種復合沉積MCrAlY抗氧化涂層及其制備工藝，制備工藝包括如下工作流程：基體預處理，基體離子預刻蝕處理，制備復合沉積MCrAlY抗氧化涂層，M元素為Ni或Co或NiCo。在基體表面通過陰極弧蒸發和磁控濺射復合沉積制備復合沉積MCrAlY抗氧化涂層，氣壓為0.2至1.0Pa，偏壓為?50至?120V，裝載基體的支架轉速為1至5rpm，沉積溫度為250至450℃，沉積時間為60至500min。采用陰極弧蒸發和磁控濺射復合沉積的工藝制備涂層，實現涂層組織和生長形貌的可控調節，改善涂層表面質量，有效降低涂層的生長缺陷密度，有效減少了缺陷所導致的氧的內擴散，提高涂層的抗高溫氧化性能，涂層結構致密，與基體結合良好。本發明可廣泛應用于高溫防護涂層制備技術領域。

技術領域

本發明涉及高溫防護涂層制備技術領域，特別涉及一種復合沉積MCrAlY抗氧化涂層及其制備工藝。

背景技術

MCrAlY涂層由于其優異的高溫抗氧化性及抗熱腐蝕性能被廣泛應用于航空發動機熱端部件的高溫防護，可以作為包覆涂層單獨使用，也可以用作熱障涂層的粘結層。由于基體材料不參與涂層的形成，保證了高溫下熱端部件足夠的力學性能，而涂層與基體界面處的相互作用保證了足夠的結合強度。

高溫服役過程中MCrAlY涂層表面氧化層的快速生長和較差的附著力是涂層失效的主要原因，而氧化膜的形成與MCrAlY涂層的微觀形貌、晶粒大小及元素分布等因素密切相關，因此為改善高溫性能需要對MCrAlY涂層的成分和結構進一步設計，而涂層的制備過程是決定涂層性能的又一重要因素，涂層生長過程中形成的微觀缺陷可作為高溫下元素擴散的快速通道，會加劇氧化進程。

目前MCrAlY涂層的主要制備方法包括噴涂、電子束物理氣相沉積、陰極弧蒸發和磁控濺射等，噴涂和電子束物理氣相沉積作為傳統的制備方法具有高效制備的特點，而陰極弧蒸發和磁控濺射技術在涂層的成分結構設計和精細結構調控方面表現出獨特的優勢。

但是上述方法制備的MCrAlY涂層在結構和高溫性能方面仍有待進一步提升，特別涉及涂層的高溫抗氧化性、服役溫度和使用壽命極限問題，其中噴涂MCrAlY涂層在制備過程中容易引入較多的雜質和缺陷，涂層致密度較差，雜質和缺陷會加速高溫下的氧化進程；而電子束物理氣相沉積MCrAlY涂層的結構受基體溫度、靶材元素蒸氣壓影響明顯。陰極弧蒸發和磁控濺射技術能夠分別制備出結構致密純凈的MCrAlY涂層備受研究者青睞，但是液滴作為陰極弧蒸發的固有缺陷容易誘發生長缺陷的形成，可作為氧化的快速通道；而磁控濺射技術在沉積效率和涂層結合強度方面有待進一步改善。目前，進一步開發完善MCrAlY涂層體系及其制備技術仍然是提升涂層性能的關鍵手段。

發明內容

為解決上述技術問題中的至少之一，本發明提供一種復合沉積MCrAlY抗氧化涂層及其制備工藝，所采用的技術方案如下。

本發明所提供的復合沉積MCrAlY抗氧化涂層的制備工藝包括如下工作流程：基體預處理，基體離子預刻蝕處理，制備復合沉積MCrAlY抗氧化涂層，M元素為Ni或Co或NiCo。其中，在基體表面通過陰極弧蒸發和磁控濺射復合沉積制備復合沉積MCrAlY抗氧化涂層，通入惰性氣體控制氣壓為0.2至1.0Pa，偏壓為-50至-120V，裝載基體的支架轉速為1至5rpm，沉積溫度為250至450℃，控制電弧靶材表面平均電流密度為8至16mA/cm²，同時控制磁控平面靶材表面平均功率密度為10至70W/cm²，沉積時間為60至500min。

本發明的某些實施例中，電弧靶采用MCrAlY靶，按重量百分比計，靶材化學成分為Cr：16至28％，Al：7至13％，Y：0.1至1％，余量為Ni或Co或NiCo。

本發明的某些實施例中，磁控平面靶采用MCrAlY靶，按重量百分比計，靶材化學成分為Cr：16至28％，Al：7至13％，Y：0.1至1％，余量為Ni或Co或NiCo。