[发明专利]一种Cr－O－N活性扩散阻挡层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温氧化涂层技术，具体地说是一种高温氧化涂层的Cr-O-N活性扩散阻挡层及制备方法。

背景技术

燃气轮机在工业、航空和船舶等领域已经得到了广泛应用。为了提高发动机的效率和保证由镍基高温合金制造的燃气轮机叶片运行可靠，使用抗高温氧化涂层MCrAlY是经济有效的办法。相关应用的文献如：①中国发明专利，一种爆炸喷涂制备热障涂层的方法，申请号01133423.1；②中国发明专利，一种抗氧化热障涂层及制备方法，申请号02133193.6；③中国发明专利，一种抗热冲击热障涂层的制备方法，申请号03133344.3；④中国发明专利，一种NiCoCrAlYSiB抗热腐蚀涂层及其制备方法，申请号03111363.X；等等。但是，在高温情况下，涂层与基体间的合金元素互扩散加剧，导致涂层性能迅速退化，主要表现为(1)MCrAlY涂层中的Cr、Al元素向基体扩散，使涂层的保护性氧化膜难以重建；基体中的Ti、W等元素向涂层扩散，破坏了保护性氧化膜的连续性和致密性；(2)互扩散产生的柯肯达尔孔穴和脆性相(TCP相)大大降低了涂层与高温合金体系的力学性能。通过在MCrAlY涂层与基体之间引入扩散阻挡层，是解决元素互扩散问题的有效方法。

贵金属(如Pt)、难熔金属(如W、Nb，Ta、Cr)和双金属(Ir-Ta，Ni-Hf，Rh-Ta)等都曾被选作扩散阻挡层。但是，由于成本高(如Pt，Ir-Ta等)，阻挡元素扩散能力有限(W，Cr等)，易形成脆性相(Ta，Rh-Ta等)等，对于实际的工业使用它们都存在着不一而足的问题。以陶瓷膜作为扩散阻挡层，具有良好的阻挡元素互扩散的能力，同时又有很好的界面结合性能而得到了更多的关注。现有技术中常采用传统的磁控溅射方法制备Cr-O-N膜。虽然磁控溅射制备的涂层组织致密，与基体结合强度好，但是沉积速度低，绕镀性差。用电弧离子镀技术沉积的Cr-O-N膜，组织致密，与基体结合良好，沉积速度快，工艺简单，成本低；沉积后高温扩散退火使Cr-O-N膜转换成以Al₂O₃为主的陶瓷层，可有效地阻挡金属元素的互扩散。

至今，采用电弧离子镀技术制备Cr-O-N膜作为扩散阻挡层尚未见报道。

发明内容

为了提高涂层的抗氧化性，降低涂层与高温合金基体间的金属元素互扩散，本发明的目的在于提供一种成本低，与基体结合良好，能有效地阻挡金属元素互扩散的Cr-O-N活性扩散阻挡层及制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种Cr-O-N活性扩散阻挡层，该扩散阻挡层的化学组成如下：Cr∶O∶N＝(36～45)∶(45～62)∶(2～10)(at％)。该扩散阻挡层的相组成以Cr₂O₃为主，原子百分比60-92％；同时含CrN相，原子百分比占8-40％，此两相均匀分布于膜中。

本发明以纯铬为靶材，用电弧离子镀在涂层与高温合金间制备Cr-O-N活性扩散阻挡层。

所述Cr-O-N活性扩散阻挡层的制备方法，采用电弧离子镀技术，具体为：1)对试样进行预处理；2)电弧离子镀制备扩散阻挡层；3)在阻挡层上沉积MCrAlY涂层作为抗氧化涂层。