[发明专利]阻扩散高熵合金涂层材料、耐高温涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了阻扩散高熵合金涂层材料、耐高温涂层材料及其制备方法和应用，涉及涂层制备技术领域。阻扩散高熵合金涂层材料包括基材和阻扩散高熵合金涂层，阻扩散高熵合金涂层的元素包括Al、Co、Cr、Ni和Mo。耐高温涂层材料及其制备方法通过在基材上形成上述阻扩散高熵合金涂层，再以此为材料本体形成抗高温涂层，利用阻扩散高熵合金涂层特有的缓慢扩散效应，并且与基材和抗高温涂层均具有良好的物理和化学匹配性，能够有效抑制基材与涂层间合金组元互扩散以及界面有害相析出，提高涂层抗高温氧化能力。该耐高温涂层材料可以在制备航空发动机或燃气轮机热端部件中得到应用，提升部件服役寿命和工作可靠性。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，且特别涉及阻扩散高熵合金涂层材料、耐高温涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

航空发动机或燃气轮机涡轮叶片服役环境恶劣，其工作温度极高，已远超过高温合金材料所能承受的极限温度，因此必须采用高温防护涂层以满足其使用温度，以有效延长部件的服役寿命。然而，由于涂层材料与高温合金基材之间存在较大的组织成分差异，高温服役时涂层与合金基材之间必然会发生元素互扩散。其中，涂层主要抗氧化元素Al向基材的内扩散，会加速Al元素的消耗而降低叶片服役寿命；而基材材料的固溶强化元素Mo、Re、Cr、W等朝涂层方向的外扩散，容易在界面形成一些金属间化合物相及拓扑密排相，显著降低基材合金的力学性能。因此，涂层与高温合金基材之间的互扩散已经成为制约合金、涂层性能发挥的关键问题，并将严重影响涡轮叶片的服役寿命和工作可靠性。

为了解决互扩散引起的涂层寿命降低和基材力学性能退化，国内外开展了大量的研究工作，主要集中于防止再结晶、改进涂层结构和活度以及界面阻扩散等。其中，阻扩散被认为是最直接有效的方法之一，它通常在涂层与基材之间加上一层阻挡层(既扩散障)以阻滞元素间的互扩散。

目前，阻扩散材料主要为金属(贵金属或难熔金属)和陶瓷，但金属扩散障存在与涂层/基材间的化学匹配性差的问题，在多元素同时互扩散时其阻滞效果不佳；而陶瓷层扩散障存在与基材的物理匹配性较差的问题，易出现热冲击失效。由此可见，扩散障与基材间良好的物理和化学匹配性是目前扩散障研究过程中亟待解决的关键问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻扩散高熵合金涂层材料及其制备方法，其通过阻扩散高熵合金涂层可以有效抑制基材与其他涂层间合金组元互扩散以及有害相析出。

本发明的另一目的在于提供一种耐高温涂层材料及其制备方法，其能够抑制基材与高温涂层间合金组元互扩散以及有害相析出，提高涂层抗高温氧化能力，同时避免互扩散导致基材力学性能降低。

本发明的第三目的在于提供耐高温涂层材料在制备航空发动机或燃气轮机热端部件中的应用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种阻扩散高熵合金涂层材料，其包括基材和阻扩散高熵合金涂层，阻扩散高熵合金涂层的元素包括Al、Co、Cr、Ni和Mo。

本发明还提出一种阻扩散高熵合金涂层材料的制备方法，包括：在所述基材表面形成阻扩散高熵合金涂层。

本发明还提出一种耐高温涂层材料，包括材料本体和涂覆于材料本体上的抗高温涂层，其中，材料本体为上述阻扩散高熵合金涂层材料。

本发明还提出一种耐高温涂层材料的制备方法，包括在材料本体表面制备抗高温涂层。

本发明还提出上述耐高温涂层材料在制备航空发动机或燃气轮机热端部件中的应用。