[发明专利]镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用

说明书

本发明公开了镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用，涉及高温防护涂层制备技术领域。镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，包括：使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中形成初始γ/γ’双相铂铝涂层；对初始γ/γ’双相铂铝涂层进行激光熔覆表面处理，使γ’相均匀分布在γ相中得到双相γ/γ’铂铝涂层；对双相γ/γ’铂铝涂层进行时效热处理使双相γ/γ’铂铝涂层中γ’相生长至双相γ/γ’铂铝涂层的结构与镍基高温合金基体的结构相近。镍基高温合金材料，采用上述制备方法在镍基高温合金基体表面形成双相γ/γ’铂铝涂层得到。上述镍基高温合金材料具有优异的高温力学性能，可应用于制造航空发动机和燃气轮机。

技术领域

本发明涉及高温防护涂层制备技术领域，具体而言，涉及镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用。

背景技术

镍基高温合金广泛应用于航空发动机和燃气轮机关键热端部件，但其Al含量一般较低，不足以发生选择性氧化生成单一氧化铝膜，必须添加高温防护涂层以提高其抗高温氧化和热腐蚀性能。铂铝涂层又称为铂改性铝化物涂层，其铝含量高达20wt％～30wt％，铂的加入提高了氧化膜的粘附性，同时降低了S的有害影响，使涂层具有优异的抗高温氧化性能。因此，铂铝涂层广泛用作航空发动机和燃气轮机涡轮叶片的高温防护涂层。

传统的铂铝涂层主要包含β-(Ni,Pt)Al相，部分还含有少量的PtAl₂相，这些相均较脆，其高温力学性能较差，裂纹容易在涂层中萌生扩展。此外，铂铝涂层与高温合金基体成分和结构相差较大，服役过程中，涂层与高温合金基体容易发生互扩散形成二次反应区，显著降低涡轮叶片的服役寿命。因此，亟需优化铂铝涂层的结构和成分，以提高涂层的高温力学性能、并降低涂层与高温合金基体的互扩散。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，包括：

使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中形成初始γ/γ’双相铂铝涂层；

对初始γ/γ’双相铂铝涂层进行激光熔覆表面处理，使γ’相均匀分布在γ相中得到双相γ/γ’铂铝涂层；

对双相γ/γ’铂铝涂层进行时效热处理使双相γ/γ’铂铝涂层中γ’相生长至双相γ/γ’铂铝涂层的结构与镍基高温合金基体的结构相近。

在可选的实施方式中，镍基高温合金基体为多晶高温合金或单晶高温合金金。

在可选的实施方式中，时效热处理为两级，其中一级时效热处理温度为1100～1150℃，时间为1～6h；其中二级时效热处理温度为870～950℃，时间为2～24h；

优选地，升温速率小于或等于10℃/min。

在可选的实施方式中，使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中的方式为高温气相渗铝；

优选地，高温气相渗铝时，渗剂为质量比1:0.8～1.2的铁铝粉，活化剂为氯化铵，渗铝温度为1000～1100℃，时间为1～6h。

在可选的实施方式中，镍铂复合涂层的制备方法包括：

在镍基高温合金基体表面依次形成镍层和铂层得到初始涂层；

将初始涂层进行真空退火使铂分散至镍层中得到镍铂复合涂层；

优选地，镍层的厚度为5～35μm；铂层的厚度为2～8μm；

优选地，真空退火的方式为将第一初始涂层置于400～650℃下保温2～4h，然后升高温度至1000～1090℃保温1～5h；