[发明专利]一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法。本发明燃气轮机用高温梯度封严涂层，包粘结底层、阻氧层上和封严面层，粘结底层的喷涂原料为NiCrAl合金团聚粉末或NiCoCrAlY合金团聚粉末，阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，组分包括：锆铌合金60～70wt.％、纳米α‑Al₂O₃10～20wt.％、纳米铝粉20～30wt.％；封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，组分为：纳米ZrO₂75～90wt.％、纳米Y₂O₃5～15wt.％、纳米α‑Al₂O₃5～20wt.％。制备得到的燃气轮机用高温梯度封严涂层具有使用寿命长的特点。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法。

背景技术

钢铁企业是一个高耗能性企业，其能源消耗量占全国能源总能耗的10～20％，占工业部门总能耗的20～25％，能源消耗费用占企业生产成本约25％，而在钢铁生产中产生的煤气更是占整个能源的30～40％，是钢铁企业重要的二次能源。如何利用副产煤气降低能源消耗、提高能源综合利用率，是钢铁企业提高经济效益，实现绿色制造的重要途径。CCPP做为钢铁企业最高效的二次能源节能装置，其燃气轮机组的效率和关键设备的使用寿命对钢铁企业能源的二次利用具有重大意义。随着CCPP燃气轮机向高流量比、高推重比和高进口温度方向发展，对高温部件的耐高温能力也提出了更高的要求。为了获得更高的能源效率和更大的推力，航空发动机和重型燃气轮机涡轮进口温度已经高达1300℃以上，一方面要求燃烧室装置耐高温燃气烧蚀性能优异，另一方面，要求燃烧室内表面具备一定的硬度和可磨耗性能。目前仅靠材料性能的提高和结构设计的改进，已经无法满足飞速发展的燃气轮机实现高推重比、高流量等工业的需求，而高温防护涂层技术已成为实现燃气轮机高效运行最重要途径。第四代高温防护涂层——氧化锆涂层已经在部分航空发动机高温部件(导向叶片、火焰筒、隔热屏等)上得到了应用，但是这种涂层并不适用于地面燃气轮机。因为燃气轮机与航空发动机有两个明显的差异：燃气轮机的使用寿命(或一次修理寿命)是航空发动机的20倍以上，达到10万小时(大修寿命2.5万小时)，而目前用于航空发动机的热障涂层使用寿命仅几百小时；底层材料耐燃气腐蚀性能也无法满足燃气轮机的需求，钢铁企业CCPP燃气轮机燃烧、压缩介质主要是钢铁企业副产的高炉、焦炉煤气，燃气的清洁程度极低，煤气中含有大量的焦油、萘、苯、硫化物以及水蒸汽和固体颗粒等腐蚀性污染物使高温零部件承受更为苛刻的高温腐蚀，使其有机活性基团脆化、老化失效，降低密封涂层和设备使用寿命，因此急需开发研究一种适用于国内钢铁行业CCPP燃气轮机用的高温密封涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法，制备得到的燃气轮机用高温梯度封严涂层具有使用寿命长的特点。

为实现上述目的，本发明所设计的一种燃气轮机用高温梯度封严涂层，包括喷涂在燃气轮机基体上的粘结底层、喷涂在粘结底层上的阻氧层和喷涂在阻氧层上的封严面层，所述粘结底层的喷涂原料为NiCrAl合金团聚粉末或NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCrAl合金团聚粉末的组分包括：Cr 30～60wt.％、Al 10～20wt.％、Ni 20～50wt.％；NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 30～50wt.％、Al 10～20wt.％、Ni 20～50wt.％、Co≤10wt.％、Y≤5wt.％；所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金60～70wt.％、纳米α-Al₂O₃ 10～20wt.％、纳米铝粉20～30wt.％；所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO₂ 75～90wt.％、纳米Y₂O₃5～15wt.％、纳米α-Al₂O₃ 5～20wt.％。