[发明专利]一种单相β-NiAl粘结层及其制备方法

说明书

本发明属于热障涂层技术领域，具体涉及一种单相β‑NiAl粘结层及其制备方法。本发明提供的单相β‑NiAl粘结层的制备方法，包括以下步骤：提供含有活性元素的β‑γ'双相镍铝合金；将所述含有活性元素的β‑γ'双相镍铝合金在基体表面制备双相γ'‑β粘结层；对所述双相γ'‑β粘结层进行渗铝处理，得到单相β‑NiAl粘结层。本发明提供的制备方法无需熔炼制备单相β‑NiAl合金，在基体表面制备双相γ'‑β粘结层后通过渗铝处理的方式得到单相β‑NiAl粘结层，本发明提供的制备方法大大提高了制备单相β‑NiAl粘结层的成功率。

技术领域

本发明属于热障涂层技术领域，具体涉及一种单相β-NiAl粘结层及其制备方法。

背景技术

热障涂层主要用于航空发动机的热端部件，一般由两部分组成：对合金部件起隔热作用的陶瓷层和抗高温氧化腐蚀的粘结层。粘结层位于金属基体和陶瓷层之间，改善了涂层、基体之间的热膨胀差异，缓解了体系的热应力，阻碍了氧气氧化基体。

β-NiAl是一种长程有序的金属间化合物，由于金属键和共价键共存的特性，Ni50Al50的熔点Tm为1638℃，具有制备超高温热障涂层粘结层的先决条件。此外Ni50Al50有较低的密度(5.9g/cm³)、较高的杨氏模量(240GPa)，因此长期以来作为高温结构器件的备选材料而得到广泛关注。β-NiAl具有优良抗高温氧化性能，其抗高温氧化性能主要基于能够形成具有低生长速率的单一完整的α-Al₂O₃氧化膜。β-NiAl体系的粘结层有望在更高温度环境(1150℃)中使用。但β-NiAl直接作为粘结层还存在着一些缺点，β-NiAl涂层在高温氧化时形成大量空洞，空洞在金属和氧化膜界面限制了金属与膜的接触，界面空洞是影响粘附性的重要因素。因此需要对NiAl涂层进行改性，制备一种新型热障涂层粘结层材料。

在β-NiAl中添加适量活性元素(全部稀土元素及Hf、Zr、Ti，共20种元素)可通过阻止高温氧化过程中O元素的内扩散和Al元素的外扩散、减少界面空洞等因素同时改善氧化膜的粘附性和降低氧化膜的生长速率，该现象被称为活性元素效应(ReactiveElementEffect，REE)。

目前制备掺杂活性元素的NiAl粘结层通常采用直接在合金基体上沉积含活性元素的单相β-NiAl粘结层，但是由于该方法需要使用含活性元素的单相β-NiAl合金作为物理气相沉积或者多弧离子镀的靶材，而含活性元素的单相β-NiAl合金非常脆，难以熔炼成，且在机械加工过程中很容易碎掉，制备成功率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种单相β-NiAl粘结层的制备方法，本发明提供的制备方法无需提前制备单相β-NiAl合金，大大提高了制备单相β-NiAl粘结层的成功率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单相β-NiAl粘结层的制备方法，包括以下步骤：

提供含有活性元素的β-γ'双相镍铝合金；

将所述含有活性元素的β-γ'双相镍铝合金在基体表面制备双相γ'-β粘结层；

对所述双相γ'-β粘结层进行渗铝处理，得到单相β-NiAl粘结层。

优选的，渗铝处理的方式为化学气相沉积，所述渗铝处理的温度为950～1050℃；时间为3～10h。

优选的，含有活性元素的β-γ'双相镍铝合金的制备方法包括以下步骤：

将活性元素、镍源和铝源熔炼后浇铸，得到铸锭；

将所述铸锭进行退火处理，得到含有活性元素的β-γ'双相镍铝合金。

优选的，所述退火处理的温度为1200～1400℃，时间为22～26h。

优选的，制备双相γ'-β粘结层的方式包括多弧离子镀或物理气相沉积。