[发明专利]一种AlSiY扩散涂层的制备工艺

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AlSiY扩散涂层的制备方法。

背景技术

航空发动机及燃气涡轮发动机的热端部件特别是涡轮部件在高温、高速及复杂应力作用下工作，不但要求具有较好的高温强度，较高的蠕变持久性能、疲劳性能及优异的组织稳定性，还要求基体材料具有较高的抗高温氧化及热腐蚀性能。氧化和腐蚀一旦出现就会使基体材料直接受到损伤而导致机械性能急剧下降，从而影响发动机工作性能和使用寿命。防止氧化和腐蚀的重要技术措施是在零件表面施加保护涂层。扩散涂层是通过与基体合金接触并与其内部合金元素反应，从而改变基体外层的防护涂层，由于与基体材料形成冶金结合，具有结合强度高，组织结构致密，与基体材料适应性好，能显著地提高抗高温氧化和热腐蚀性能等特点，在工程上应用非常广泛。常用的扩散涂层制备方法有粉末包埋法、气相渗、料浆法等，这些方法工艺简单，成本低，但是劳动强度大，渗剂容易氧化，粉尘污染环境并对人体有害。电弧离子镀是在蒸发和溅射基础上发展起来的一种真空镀膜技术。离化率高，在负偏压加速下，沉积膜层结合力更好，组织致密，沉积速率高，靶材利用率高，目前已被广泛用于硬质耐磨涂层和MCrAlY高温防护涂层涂覆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好工艺重复性，容易实现工业化生产的AlSiY扩散涂层的制备工艺，即采用电弧离子镀技术沉积加真空扩散退火制备AlSiY扩散涂层。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种AlSiY扩散涂层的制备工艺，在高温合金基体材料上，通过电弧离子镀(AIP，即Arc Ion Plating)方法沉积AlSiY涂层，随即采用真空扩散退火的方法来制备AlSiY扩散涂层。

所述AlSiY涂层合金体系成分，按质量百分比计，Si：0.1～14％，Y：0.1～2％，Al：余量。其中，优选的Si含量范围是4～10％。

采用电弧离子镀技术沉积AlSiY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AlSiY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℃，沉积时间为150～500min，涂层厚度为15～50μm。

将上述得到的涂层样品进行真空热处理：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。

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、丙酮超声各清洗5分钟，用酒精漂洗后烘干。

本发明AlSiY扩散涂层主要通过涂层与基体之间的元素扩散反应形成，其主要相为β-NiAl相。Al均匀分布于涂层中，Si少量固溶在NiAl相中，另有部分以富Si的析出相存在，Y固溶于NiAl之中。

本发明具有以下优点：

1.涂层使用寿命更长。AlSiY扩散涂层中主要相为β-NiAl，同时含有一定量的Si和Y，可以延缓氧化层的剥落，改善涂层的循环氧化性能和抗热腐蚀性能，从而延长涂层的使用寿命。

2.涂层具有均匀致密的结构和良好的结合强度。

3.本发明可应用于Ni基高温合金的防护。

4.采用电弧离子镀沉积加真空扩散退火获得AlSiY扩散涂层，工艺简单，可有效的控制涂层成分、厚度等。Si和Y的加入可以延缓氧化层的剥落，改善涂层的循环氧化性能和抗热腐蚀性能。

附图说明

图1为K465高温合金上AlSiY扩散涂层的截面SEM形貌。

图2为K465高温合金上AlSiY扩散涂层的截面元素面分布图。

图3为DD265高温合金上的AlSiY扩散涂层的XRD衍射图谱。

图4为DD265高温合金上的AlSiY扩散涂层的截面SEM形貌。

具体实施方式

下面通过实例对本发明作进一步详细说明。

实施例1