[发明专利]一种抗高温氧化的MCrAlY涂层及制备方法和应用

说明书

本发明属于MCrAlY系列包覆涂层领域，具体涉及一种抗高温氧化的MCrAlY涂层及制备方法和应用。所述抗高温氧化的MCrAlY涂层涂覆于基体上，包括MCrAlY层和Pt改性层；当所述Pt改性层位于MCrAlY层表面，所述MCrAlY层自内层至表面，Al元素的浓度梯度上升；当所述Pt改性层位于MCrAlY层和基体之间，其作用为扩散障碍层。涂层经改性后，涂层抗氧化性能显著提高，在1100℃下的使用寿命提高20倍以上；此外，当改性层在MCrAlY涂层与基体之间时，Pt改性层还表现出其他元素没有的阻扩散的效果。

技术领域

本发明属于MCrAlY系列包覆涂层领域，具体涉及一种抗高温氧化的MCrAlY涂层及制备方法和应用。

背景技术

MCrAlY(M＝Ni,Co或Ni+Co)系列包覆涂层因具有良好的抗高温氧化及抗热腐蚀性能，已作为高温防护涂层或热障涂层的粘结层在航空、航天、轮船、汽车、能源等行业得到了广泛的应用。然而，随着当今社会对高效率、低排放的追求，热端部件所处的服役温度逐渐提高，服役环境日益复杂和恶劣，这对涂层的抗高温氧化及抗热腐蚀性能提出了更高的要求。

MCrAlY系列包覆涂层中对抗高温氧化及热腐蚀性能起主要作用的元素为Al、Cr。Al能够在涂层表面形成一层致密的Al₂O₃膜，从而阻止环境中的O元素进一步向涂层内部扩散，氧化内部涂层；Cr元素一方面可以促进Al₂O₃膜的形成，降低形成Al₂O₃所需的临界Al含量，另一方面也可以与O元素反应形成Cr₂O₃膜，主要起抗热腐蚀的作用。

然而涂层中的Al、Cr元素并非越高越好：当Al元素含量较高时，涂层表现出极大的脆性，且熔点降低；当涂层中Cr含量较高时，会破坏氧化膜与涂层的粘附性能。因此，涂层中Al、Cr的含量及分布需要严格控制。抗高温氧化涂层的元素分布最理想的状态是：涂层表层Al含量较高，而涂层内部Cr含量较高，为此，研究者们对MCrAlY系列包覆涂层进行了众多的成分及结构的改性。

MCrAlY系列包覆涂层常用的制备方法有电子束物理气相沉积(EB‐PVD)、电弧离子镀(AIP)、磁控溅射(MS)、等离子喷涂、超音速火焰喷涂等，为了获得Al、Cr元素呈梯度分布的MCrAlY系列包覆涂层，通常是在该涂层上方通过相同或不同的方法沉积Al含量较高的另一种涂层，随后在高温下进行扩散退火，使得两种涂层发生互扩散，从而获得Al、Cr元素的梯度分布结构。然而，该方法在制备程序上相对复杂，且存在引入新的弱界面、破坏基体组织的风险，例如，在MCrAlY系列包覆涂层上用渗铝的方法引入涂层外层的富Al层时，需要将已沉积MCrAlY涂层的试样加热至渗铝温度且保温数小时后才可获得渗铝层。高温下长时间加热及保温会破坏基体结构，且加剧涂层与基体间的互扩散程度。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种抗高温氧化的MCrAlY涂层。本发明在MCrAlY系列包覆涂层表面或/和涂层与基体之间施加Pt改性层，利用Pt元素与Al元素之间较强的亲和力，牵引Al元素向Pt元素聚集的位置迁移，达到涂层内部成分及结构改性的效果，同时利用Pt元素对涂层的有益作用，提高涂层的抗高温氧化综合性能。

本发明的另一目的在于提供一种抗高温氧化的MCrAlY涂层的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述抗高温氧化的MCrAlY涂层在航空航天领域的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种抗高温氧化的MCrAlY涂层，所述涂层涂覆于基体上，包括MCrAlY层和Pt改性层；

当所述Pt改性层位于MCrAlY层表面，所述MCrAlY层从内层至表面，Al元素的浓度梯度上升，涂层表面Al含量的提高能够促进保护性α氧化铝的形成，进而提高涂层的抗氧化性能；