[发明专利]一种改性NiCrAlYSi粘结层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性NiCrAlYSi粘结层及其制备方法和应用，属于热障涂层技术领域。本发明首先利用多弧离子镀在镍基高温合金基体上制备NiCrAlYSi层，然后利用化学气相沉积方法在NiCrAlYSi层渗铝，在1050℃条件下化学气相渗铝时，由于元素相互扩散，形成最外层为NiAl层、内层为NiCrAlYSi层的双层结构改性NiCrAlYSi粘结层，将该改性NiCrAlYSi粘结层用于热障涂层后，在氧化过程中由于Cr、Y和Si元素的添加，在1200℃循环氧化时涂层外部会形成平整致密的氧化膜；当氧化膜中铝元素消耗时，内部的铝元素会源源不断向外补充，既可以提高涂层中的Al含量又可以减弱涂层机械性能变差的现象。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，尤其涉及一种改性NiCrAlYSi粘结层及其制备方法和应用。

背景技术

镍基单晶高温合金叶片广泛应用于燃气涡轮机、航空发动机，热障涂层由于具有优良的隔热、耐高温、抗氧化腐蚀以及抗磨损等性能，在镍基单晶高温合金叶片的表面起到隔热保护的作用。实际应用的涡轮叶片热障涂层典型结构采取双层结构，即陶瓷层与金属粘结层。粘结层是为了缓解陶瓷层和合金基体的热不匹配，同时为了提高基体的抗高温氧化腐蚀性能。新一代航空发动机先进单晶高温合金对超高温长寿命的热障涂层具有迫切的要求，因此，研究新型热障涂层材料以提高热障涂层的寿命尤为重要。

在发动机服役过程中，陶瓷层与金属粘结层中间会形成Al₂O₃氧化层，由于粘结层成分对Al₂O₃氧化层的生长速度、成分、完整性以及与基体的结合力等因素具有决定作用，而这些因素直接影响着热障涂层的寿命，所以粘结层成分的优化和选择对于提高热障涂层的寿命非常关键。

MCrAlY涂层的寿命及性能很大程度上受到涂层中Al含量大小的影响，MCrAlY涂层主要靠表面形成的Al₂O₃来对抗高温氧化以及高温热腐蚀，长时间服役会导致氧化膜开裂并且脱落。Al元素会因为氧化膜的形成、脱落、重新生成以及与基体之间的元素互扩散而大量地消耗。因此，提高MCrAlY涂层中A1的含量是延长其使用寿命的有效方法。但是直接增加Al的含量会引起MCrAlY涂层本身的脆性变大，机械性能变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性NiCrAlYSi粘结层及其制备方法和应用，所述改性NiCrAlYSi粘结层既可以提高热障涂层中的Al含量又可以减弱涂层机械性能变差的现象。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性NiCrAlYSi粘结层的制备方法，包括以下步骤：

提供预处理的镍基高温合金基体；

以NiCrAlYSi合金为靶材，在所述预处理的镍基高温合金基体表面进行多弧离子镀，形成NiCrAlYSi层；

在所述NiCrAlYSi层表面进行化学气相渗铝，形成NiAl层，得到改性NiCrAlYSi粘结层；所述化学气相渗铝的温度为1020～1060℃。

优选的，所述预处理包括依次进行的打磨、倒圆角、喷砂、清洗和干燥。

优选的，以质量百分比计，所述NiCrAlYSi合金包括以下元素：Cr 15～20％、Al 10～15％、Y 0.2～1.0％、Si 0.6～1.2％和余量的Ni。

优选的，所述多弧离子镀的弧电流为160～200A，偏压为10～30V，本底真空度为1×10^-3～9×10^-3Pa。

优选的，进行所述多弧离子镀时，所述预处理的镍基高温合金基体的温度为300～500℃。

优选的，所述化学气相渗铝的真空度为(1～9)×10^-3Pa，渗铝时间为2～5h。