[发明专利]超快激光重构的抗CMAS侵蚀热障涂层表面制备方法

说明书

本发明属于涂层技术领域，具体为超快激光重构的抗CMAS侵蚀热障涂层表面制备方法。本发明在陶瓷层表面采用超快激光加工处V形槽微织构；采用超快激光对步骤三获得的微织构表面进行微熔，获得微熔层；对超快激光微熔层表面通过磁控溅射获得一层Pt层，再进行真空热处理；最终获得一种基于超快激光的复合重构表面。本发明通过微织构和低表面能物质修饰获得疏离熔融CMAS的表面，通过激光重熔获得封堵层，解决了热障涂层在CMAS侵蚀下的失效难题。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体为超快激光重构的抗CMAS侵蚀热障涂层表面制备方法。

背景技术

随着燃气温度的提升(超过1200℃时)，被摄入发动机内部的火山灰、灰尘(主要成分为CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS))等杂质将会熔融并吸附在涡轮叶片热障涂层表面，并通过涂层的裂纹和孔隙等渗透进入内部，与涂层材料发生热化学反应，同时降低涂层应变容限，从而加速热障涂层的剥离失效，这种热障涂层的失效形式被称为CMAS侵蚀失效，已成为除氧化失效外的第二大失效因素，自1953年以来，发生了超过130起由于火山灰引起的航空发动机事特别是2010年的冰岛艾亚菲亚德拉冰峰火山爆发引起的火山灰使欧洲超过10800次航班取消，经济损失高达17亿美元。电子束物理气相沉积(EB-PVD)法制备的热障涂层应变容限好、界面结合力强，是涡轮动叶片热障涂层的主要制备方法，然后由于EB-PVD制备的陶瓷层为柱状晶，熔融CMAS特别容易渗透到陶瓷层内部，从而导致陶瓷层剥落失效。

因此，提高EB-PVD热障涂层的抗CMAS侵蚀能力已成为航空工业迫切需要解决的热点问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超快激光重构的抗CMAS侵蚀热障涂层表面制备方法，通过微织构和低表面能物质修饰获得疏离熔融CMAS的表面，通过激光重熔获得封堵层，解决了热障涂层在CMAS侵蚀下的失效难题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种超快激光重构的抗CMAS侵蚀热障涂层表面制备方法，主要包括以下步骤：

步骤一：采用多弧离子镀在镍基单晶叶片表面制备一层粘结层；

步骤二：采用电子束物理气相沉积法在粘结层表面制备一层陶瓷层；

步骤三：在陶瓷层表面采用超快激光加工深度为30～50μm，宽度为30～50μm，间距为80～120μm的V形槽微织构；

步骤四：采用超快激光对步骤三获得的微织构表面进行微熔，获得厚度为3～5μm的微熔层；

步骤五：对步骤四获得的超快激光微熔层表面通过磁控溅射获得一层厚度为2～5μm厚的Pt层；

步骤六：在温度为1000℃，真空度为10^-3Pa环境下对陶瓷层进行5小时的真空热处理；最终获得一种基于超快激光的复合重构表面。

所述的陶瓷层为Gd₂Zr₂O₇或氧化钇部分稳定氧化锆YSZ，厚度为200～250μm，粘结层材料为MCrAlY或者NiAl合金，厚度为50～100μm；M为Ni或Co。

步骤三中所述的超快激光为皮秒激光或者飞秒激光。

步骤四中所述的超快激光为皮秒激光或者纳秒激光。

有益效果：

1.本发明获得的超快激光微织构与Pt层修饰的表面形貌，对熔融CMAS具有极强的疏离作用，使熔融CMAS极难粘附在热障涂层表面，从而大幅度提高热障涂层的抗CMAS侵蚀能力。