[发明专利]一种含有长寿命抗氧化粘结层的热障涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层领域，尤其是涉及一种含有长寿命抗氧化粘结层的热障涂层的制备方法。

背景技术

热障涂层通常是指沉积在金属表面、具有良好隔热效果的陶瓷涂层，主要用来降低基体的工作温度，免受高温氧化、腐蚀、磨损，是由具有抗高温氧化性能的粘结层和具有隔热效果的陶瓷层组合而成的涂层体系。其对于保证燃气轮机、发动机等热端部件的长时间服役意义重大，而粘结层是燃气轮机热障涂层的重要组成部分，它的性能直接影响热障涂层系统的寿命。目前粘结层的成分主要为MCrAlY(M＝Ni,Co)和(Ni,Pt)Al。在地面燃气轮机中，MCrAlY(M＝Ni,Co)最为常用，其使用温度约为800℃左右。但此类涂层的高温力学性能和抗氧化性能已经不能完全满足需求。与其相比，现代航空发动机热障涂层主流的粘结层材料(Ni,Pt)Al具有更为优异的高温抗氧化能力和高温蠕变强度，但该粘结层有缺点：该技术使用贵金属Pt和CVD制备工艺，成本高昂；其次，高温屈服强度低，在高温应力作用下，容易在陶瓷层和粘结层界面形成起伏，从而导致裂纹并引发热障涂层失效。

研究表明FeCrAlY合金具有比传统粘结层更优异的高温抗氧化性，FeCrAlY层能迅速形成一层致密的Al₂O₃(即TGO)，且TGO生长缓慢，不会形成Ni2Al2O4脆性相破坏氧化层的致密性与连续性，但尚未被用来制备热障涂层的粘结层。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种长寿命抗氧化热障涂层粘结层的制备方法，FeCrAlY粘结层比传统的NiCoCrAlY粘结层具有更优异的高温抗氧化性，且结构致密，成分均匀，使得新型热障涂层具有更高的工作温度和超长的使用寿命。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含有长寿命抗氧化粘结层的热障涂层的制备方法，采用以下步骤：

(1)将高温合金基体依次进行去油和喷砂处理；

(2)通过低压等离子喷涂、大气等离子喷涂、高速氧焰喷涂或高速压缩空气火焰喷涂在高温合金基体上制备金属粘结层；

(3)通过大气等离子喷涂、高速氧焰喷涂、超音速等离子喷涂、溶液等离子喷涂或电子束物理气相沉积在金属粘结层上沉积陶瓷层。

所述的金属粘结层成分为FeCrAlY。

所述的陶瓷层为6～8wt％Y₂O₃稳定的ZrO₂或RE₂Zr₂O₇，其中，RE为稀土元素。

步骤(1)中的喷砂处理时，喷砂压力为0.1～0.7MPa,喷砂颗粒主要成分为Al₂O₃，颗粒粒径为16～120目。

步骤(2)采用低压等离子喷涂时，喷枪与高温合金基体间距离为100～250mm，喷枪移动速度为300～1000mm/s，送粉速率为10～70g/min，送粉气流为0.5～1.2L/min，电压范围为100～180V，喷涂电流范围为200～250A，真空度小于20kPa。

步骤(2)、(3)中采用大气等离子喷涂时，高温合金基体、金属粘结层的温度控制在200～500℃，喷枪与金属粘结层间距离为100～250mm，喷枪移动速度为300～1000mm/s，送粉速率为10～70g/min，送粉气流为0.5～1.2L/min，电压范围为100～180V，喷涂电流范围为200～250A，Ar气流速范围为40～120L/min，H₂气流速范围为15～45L/min。

步骤(2)、(3)中采用高速氧焰喷涂时，喷枪与高温合金基体、金属粘结层间距离均为200～450mm，送粉速率为10～70g/min，燃气丙烷10～100L/min，氧/燃气的体积比例2-12，电压范围为100～180V，喷涂电流范围为20～150A；

步骤(2)中采用高速压缩空气火焰喷涂时，喷枪与金属基体、金属粘结层间距离均为200～450mm，送粉速率为10～70g/min，燃气丙烷10～100L/min，压缩空气/燃气的体积比为2-12，电压范围为100～180V，喷涂电流范围为20～150A。