[发明专利]一种优化镍基单晶高温合金N5性能的梯度涂层方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化镍基单晶高温合金N5性能的梯度涂层方法，属于合金性能优化技术领域。

背景技术

电弧离子镀由于其高离化率、高能量密度、高生产效率、低能耗、低成本等特点，在制备高结合强度、高致密组织的优质MCrAlY涂层和实现工业化生产等方面已显示出了其优势。电弧离子镀MCrAlY涂层已应用于航空发动机中涡轮叶片的防护，而其发展前景也被普遍看好。

高温防护涂层的性能及使用寿命，与涂层的厚度和涂层中储Al相的多少有着直接关系，涂层愈厚，储Al相愈多，涂层的使用寿命就会相应增加。然而，涂层中的Al含量提高到一定程度后，涂层的脆性增加、熔点较低，严重影响涂层的使用性能，而且要制备出高Al含量的电弧离子镀靶材也是比较困难的。

发明内容

本发明要解决的问题：提供一种优化镍基单晶高温合金N5性能的梯度涂层方法，旨在提高合金涂层性能，以满足工业要求。

本发明的技术方案：

一种优化镍基单晶高温合金N5性能的梯度涂层方法，用镍基单晶高温合金N5做基体，用SiC砂纸逐级打磨至800号，对其进行200目玻璃丸湿喷，然后经金属洗涤剂、去离子水超声清洗，烘干；利用国产MIP-8-800型电弧离子镀设备沉积NiCoCrAlYSiB涂层和AlSiY涂层；将沉积后的两种试样在真空环境中进行扩散处理，升温速度控制在5℃/min，加热到900℃后保温4h，即得到退火态的普通涂层和梯度涂层。

所述的iCoCrAlYSiB涂层厚度为40μm。

所述的AlSiY涂层厚度为10μm。

本发明的有益效果：

1）采用电弧离子镀制备的普通NiCoCrAlYSiB涂层和NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂层在退火前后组织均匀致密，与基体结合良好。退火处理后，普通涂层是由γ′/γ相和弥散其中的点状β-NiAl相构成；梯度涂层分为两层，外层以β-(Ni,Co)Al相为主，还有少量的Cr3Si相和σ-NiCoCr，内层和普通涂层的结构相似。退火后的梯度涂层形成了外层富Al、内层富Cr的梯度分布。

2）普通涂层在1000℃下有较好的保护性能，再高温度时就会快速退化，表面逐渐生成了保护性较差的尖晶石相和混合氧化物，甚至出现严重的内氧化现象；梯度涂层在三个温度下均表现出良好的保护性能，1100℃度下氧化300h后仍有大量的β-NiAl相存在，1150℃下氧化300h后涂层Al含量仍在9wt.%左右，少量的β-NiAl相和过饱和的γ′/γ相维持表面氧化铝膜的形成和修复。

3）梯度涂层采用Al元素外高内低呈梯度分布的结构，不仅提高了涂层中Al含量，而且减缓了涂层中Al元素向基体中的的扩散；同时增加了涂层中Si和Y元素的含量，提高氧化膜的粘附性，大大减少了氧化膜的开裂和剥落，对延长涂层寿命有较大的帮助。

4）随着涂层中Al元素的消耗，涂层组织发生β-NiAl→β-Ni3Al→β-Ni的转变。当涂层中Al元素含量不高时，这种转变更快，相转变的同时伴随着体积收缩，在涂层内部以及涂层与基体的界面处就容易产生孔洞。孔洞会使涂层与基体的结合力下降；涂层与基体的互扩散区形成的空洞会降低体系的疲劳强度。普通涂层产生孔洞要早于梯度涂层，并且空洞数量也明显多于梯度涂层。

附图说明：

图1是沉积态的普通NiCoCrAlYSiB涂层和NiCoCrAlYSiB+AlSiY涂层的X射线衍射结果；

图2是退火态的普通涂层和梯度涂层的X射线衍射结果；

图3是普通NiCoCrAlYSiB涂层(a),(c)和NiCoCrAlYSiB+AlSiY涂层(b),(d)沉积态的表面SEM形貌(a),(b)和截面BSE形貌(c),(d)；

图4是普通涂层(a),(c)和梯度涂层(b),(d)退火态的表面SEM形貌(a),(b)和截面BSE形貌(c),(d)；

图5是退火处理后的梯度涂层截面元素EPMA分布图；

图6是梯度涂层退火后的截面元素面分布图。

具体实施方式：

实施例：