[发明专利]一种单晶高温合金基体上外延生长MCrAlY单晶涂层的制备方法

说明书

一种单晶高温合金基体上外延生长单晶MCrAlY涂层的制备方法，所述方法将单晶高温合金基体采用砂纸打磨试样表面，去除表面层应力和氧化物；采用丙酮超声清洗吹干；将MCrAlY粉末在干燥箱中干燥，采用压片机压成一定厚度的薄片后放置于高温合金基体表面；采用电子束熔覆设备将粉末薄片熔覆在基体上形成涂层。本发明为单晶高温合金基体表面外延生长MCrAlY单晶涂层提供了一种新的方法，本方法可一次性制备较厚的与基体取向一致的单晶涂层，且涂层中杂晶组织少，基体无需预热等。本发明可用于所有单晶高温合金基体上单晶涂层的制备。

技术领域

本发明涉及一种单晶高温合金基体上外延生长MCrAlY单晶涂层的制备方法，属金属及合金表面涂层技术领域。

背景技术

随着燃气涡轮发动机工作温度的不断提高，要求其燃气涡轮叶片必须具备足够的承温性能，单晶高温合金由于其优异的高温性能而广泛应用于制造燃气涡轮发动机叶片中。但是在高温工作条件下，单晶涡轮叶片叶冠阻尼面易发生磨损与氧化，因此需要在阻尼面上施加一层高温耐磨抗氧化涂层。MCrAlY（其其中M代表Ni基或Co基的三元Ni-Cr-Al 或CoCr-Al合金体系）以其优异的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，成为航空发动机热端部件高温防护系统中不可缺少的部分。但是，采用传统的涂层制备技术，如热喷涂，磁控溅射，低压等离子喷涂等，所制备的MCrAlY涂层为任意取向的多晶涂层，在使用过程中由于发动机频繁启停使得该多晶涂层与单晶高温合金基体间会产生很大的热应力，导致热疲劳和热机械疲劳性能恶化。因此，在单晶高温合金基体上研究发展定向凝固、单晶合金的外延沉积涂层工艺是非常必要的。

公开号CN108330483公开了一种单晶高温合金基体上单晶MCrAlY涂层的激光熔覆成形方法，该方法采用同轴送粉的方式在单晶高温合金基体上进行熔覆成形，再经过退火处理获得涂层组织，所制备的单晶MCrAlY涂层晶体取向与合金基体一致，且涂层与基体的接触面可形成致密的冶金结合。但是该方法制备的单晶MCrAlY涂层容易在涂层上部及各个熔池线交接位置处发生CET转变形成与基体取向不一致的等轴晶，这样极大影响到涂层的性能。公开号CN101126143公开了一种在定向凝固柱晶或单晶高温合金基材上进行高能微弧火花多层沉积定向凝固柱晶或单晶涂层的方法，该方法不会对镍基高温合金产生热损伤，且基体无需预热处理。但是该方法存在沉积效率低，单层涂层薄（几个微米），多层沉积时结合界面处出现杂晶等缺点。

电子束熔覆技术是近期发展起来的新技术，它具有电子束能量密度高，利用率高，仅需毫秒间就可将金属材料表面由室温加热至奥氏体化温度或熔化温度，且冷却速度可达10⁶-10⁸℃/s，因此，熔覆过程中液相熔池的凝固速率非常快，形成非平衡凝固，这种非平衡凝固使得涂层晶体容易沿基体垂直方向生长，定向凝固形成具有一定晶粒取向的柱状晶。与激光熔覆和微弧火花沉积方法相比，该方法通过预铺粉末可一次性在单晶高温合金基体上外延生长成几十微米到几毫米的单晶涂层，且涂层中不存在杂晶组织，无需后续热处理，基体无需预热等。

发明内容

本发明的目的是，针对现有单晶MCrAlY涂层工艺存在的诸多问题，本发明提出一种单晶高温合金基体上外延生长MCrAlY单晶涂层的制备方法。

本发明实现的技术方案如下：一种单晶高温合金基体上外延生长单晶MCrAlY涂层的制备方法，所述方法将干燥后的MCrAlY粉末压成薄片，放置在经清洗打磨的单晶高温合金基体表面，采用电子束熔覆在基体上形成涂层。

一种单晶高温合金基体上外延生长单晶MCrAlY涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）将单晶高温合金基体采用砂纸打磨试样表面，去除表面层应力和氧化物；采用丙酮超声清洗，用电热吹风机吹干备用；

（2）将MCrAlY粉末在干燥箱中干燥，采用压片机压成一定厚度的薄片后放置于高温合金基体表面；