[发明专利]高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层及其制备方法，属于燃气轮机技术领域。制备方法包括以下步骤：制备MCrAlY/造孔剂复合粉末；制备底层；在底层上热喷涂MCrAlY/造孔剂复合粉末，制备MCrAlY面层；在大气条件下中温热处理去除造孔剂，得到多孔MCrAlY面层；在真空条件下高温热处理，得到多孔MCrAlY可磨耗涂层。涂层孔隙率20％～60％，硬度低于85HR15Y，结合强度高于20MPa，是现有技术的2.5倍以上；1000℃抗氧化寿命大于2500h，是现有技术的2.7倍以上。本发明在航空发动机、地面燃气轮机和船用燃气轮机的高压涡轮叶尖气路封严中有广泛用途。

技术领域

本发明涉及一种用于航空发动机气路封严的可磨耗封严涂层制备方法，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

可磨耗封严涂层涂覆于燃气轮机静子部件表面，在高温高速工况下与转子部件对磨时能够发生主动磨耗，从而可通过转、静子的过盈配合实现转、静子之间最小间隙的控制，同时保护转子部件不被磨损，其对于降低燃气轮机油耗、提高效率和运行安全性具有重要意义。

可磨耗封严涂层因其疏松多孔的特点，在高温环境下容易受到氧化破坏，因此温度越高，涂层的设计制备难度越大。目前应用于发动机高温段的可磨耗涂层，以多孔MCrAlY涂层为主，该种涂层以抗高温氧化的MCrAlY为骨架组分，其中M代表Ni、Co或NiCo，涂层具有20％～50％的孔隙率。现有技术制备的多孔MCrAlY涂层在750℃以下温度具有较好的抗氧化性，但是在更高温度下涂层会因氧化而发生硬化和脱落掉块等，无法满足使用要求。

现有的多孔MCrAlY涂层，其制备工艺为，将MCrAlY粉末与聚苯酯粉末机械混合，采用大气等离子喷涂制备涂层，然后对涂层进行450～550℃大气条件下热处理烧除涂层中的聚苯酯，获得多孔MCrAlY涂层。该工艺制备的涂层，其孔隙率在20％～50％，硬度低于85HR15Y，结合强度约8MPa，涂层性能基本能够满足750℃以下工况温度使用要求。但是由于这种工艺制备的涂层，其涂层骨架处于喷涂态，组成骨架的颗粒间存在微孔隙，在涂层整体存在大量宏观孔洞的情况下，氧化气氛容易渗透到涂层骨架微孔隙中，在高于750℃环境下随着温度的升高和时间的增加，涂层骨架快速氧化，导致涂层结合强度降低、涂层脱落掉块等问题发生。虽然通过降低涂层的宏观孔洞数量可以提高涂层的抗氧化性和结合强度，但是会引起涂层硬度的升高，无法满足涂层可磨耗性的要求。

发明内容

本发明的目的之一是提供高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层，克服现有多孔MCrAlY可磨耗封严涂层耐氧化性不足等缺点，具体技术方案如下。

高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层，所述可磨耗涂层包括底层和多孔MCrAlY面层，其特征在于，所述底层孔隙率不大于2％，厚度0.05～0.3mm；所述多孔MCrAlY面层孔隙率为20％～60％，厚度0.5～5mm；所述可磨耗涂层1000℃抗氧化时间在2500h以上，结合强度在20MPa以上，硬度在85HR15Y以下。

本发明的另一目的是提供高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层的制备方法，具体技术方案如下。

高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备MCrAlY/造孔剂复合粉末；

(2)在基体表面制备底层；

(3)在底层上热喷涂步骤(1)制备的MCrAlY/造孔剂复合粉末，制备MCrAlY面层；

(4)将步骤(3)得到的面层在大气条件下中温热处理去除造孔剂，得到多孔MCrAlY面层；

(5)将步骤(4)得到的多孔MCrAlY面层在真空条件下高温热处理，得到高结合强度抗高温氧化多孔MCrAlY可磨耗涂层。