[发明专利]一种MCrAlY+AlSiY复合涂层及制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高温防护涂层技术，具体地说是一种MCrAlY+AlSiY复合涂层及 制备方法。

背景技术

MCrAlY(M＝Ni，Co或Ni+Co)涂层在镍基高温合金的防护上取得良好的 效果，而且成分和厚度可按要求控制，满足不同使用工况条件的要求，因此作为 高温防护涂层和热障涂层粘结底层已广泛应用于燃气轮机叶片的高温防护。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。

多年来的研究表明，MCrAlY涂层中，Cr与Al是形成保护性氧化膜的元素， 对于高温合金及高温防护涂层部件，长时间的高温氧化、腐蚀以及涂层与基体的 元素互扩散导致Al、Cr元素被大量消耗，从而使涂层体系失效。因此，通过提高 MCrAlY涂层内Al、Cr的含量可以有效地延长涂层使用寿命。但过高Al、Cr含 量会导致涂层脆性增加，熔点降低，不利于涂层部件冷热交替循环工作。采用梯 度复合涂层的设计可以很好地解决这些问题。Cr和Al梯度分布时，不会对力学 性能产生很大影响。此外，梯度分布的设计还可以提高界面结合，改善应力分布。

发明内容

为了延缓高温防护涂层的退化，延长涂层的使用寿命，本发明的目的在于提 供一种外层富Al而内层富Cr的呈梯度分布的(MCrAlY+AlSiY)复合涂层及其 制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种MCrAlY+AlSiY复合涂层，在常规MCrAlY涂层上沉积AlSiY涂层，形 成外层富Al而内层富Cr的呈梯度分布的MCrAlY复合涂层，该复合涂层表层 Al元素浓度为18～22wt％，内层Cr元素浓度为28～45wt％。

本发明在电弧离子镀(AIP，即ArcIonPlating)方法沉积的常规MCrAlY涂 层上沉积AlSiY涂层，随即采用真空扩散退火的方法来制备外层富Al而内层富 Cr的呈梯度分布的MCrAlY复合涂层。

所述常规MCrAlY涂层合金体系成分(即靶材合金成分)，按质量百分比为， Co：0～40，Cr：15～40，Al：6～16，Y：0.1～1，Si：0～2，B：0.01～0.03％，Ni： 余量。

所述MCrAlY+AlSiY复合涂层的具体制备方法为：1)电弧离子镀(AIP)制 备常规MCrAlY涂层；2)在常规MCrAlY涂层基础上沉积AlSiY涂层；3)真空 扩散退火，最终获得外层富Al而内层富Cr的呈梯度分布的MCrAlY复合涂层。 采用电弧离子镀技术沉积常规MCrAlY涂层时，首先将真空室真空预抽至 2×10^-3～1×10^-2Pa，通入Ar气，使真空室压强升至5×10^-2～3×10^-1Pa；然后对样品 进行预溅射轰击清洗，靶基距为230～250mm，脉冲偏压为-800～-1000V，占空 比20～40％，时间2～5min；再沉积MCrAlY涂层，靶基距为230～250mm，弧电 压20～25V，弧电流50～70A，脉冲偏压为-150～-300V，占空比20～40％，沉积温 度300～400℃，涂层厚度为40～60μm。

在常规MCrAlY涂层基础上沉积AlSiY涂层时，按质量百分比计，AlSiY名 义成分(即靶材合金成分)为，Si：7～14％，Y：0<Y≤2％，Al：余量；沉积工 艺参数同沉积常规MCrAlY涂层，沉积的AlSiY涂层厚度为7～15μm。 将上述得到的MCrAlY+AlSiY复合涂层进行真空热处理：真空扩散退火，真 空扩散退火时，温度为950～1050℃，保温时间3～5h，升温速率5～8℃/min，随炉 冷却至室温，得到外层富Al而内层富Cr的呈梯度分布的MCrAlY复合涂层。

沉积前，需对试样进行预处理，将基材试样打磨至Ra＝0.4μm，采用60～220 目空心玻璃丸湿喷砂处理，随即先后采用金属洗涤剂、去离子水、丙酮超声清洗 15min，用酒精漂洗后烘干。

本发明具有以下优点：