[发明专利]一种提高热障涂层金属粘结层抗氧化性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高热障涂层金属粘结层抗氧化性能的方法，首先在高温合金基体表面制备粘结层，然后采用脉冲激光处理粘结层，使粘结层表面的飞溅颗粒能够得到重熔，解决飞溅颗粒与粘结层基体接触差的问题，最后再在其表面制备陶瓷隔热层，从而实现在后续的服役过程中在粘结层表面形成单一均匀的α‑Al₂O₃的目的，有效提高了粘结层的抗氧化性能及热障涂层的使用寿命。

技术领域

本发明属于金属热障涂层制备技术领域，具体涉及一种提高热障涂层金属粘结层抗氧化性能的方法。

背景技术

随着燃气轮机技术的不断发展，越来越高的涡轮进气口温度对涡轮叶片材料的耐热极限提出了更大的挑战。热障涂层是一种用于燃气轮机涡轮叶片上的隔热涂层，它与涡轮叶片表面的气膜冷却技术相互配合能有效地降低涡轮叶片的表面温度。热障涂层通常包括金属粘结层和陶瓷隔热层，其中陶瓷层起到隔热作用，粘结层则是起到抗高温氧化的作用。另外，在热障涂层高温服役过程中，由于多孔的陶瓷隔热层无法阻挡氧气的进入，因此还会在金属粘结层表面生成一层氧化膜，称之为热生长氧化物(TGO)。

有研究表明，TGO的生长速度是控制燃气轮机热障涂层用寿命的重要原因。以常用的粘结层材料MCrAlY为例，TGO通常呈现两类，一类是致密的、生长速度缓慢的α-Al₂O₃；另一类则是疏松多孔、生长速度快的混合氧化物。若要显著提升燃气轮机的使用寿命，则需要控制TGO的成分为单一的氧化铝薄膜，这样才能使TGO生长速度减缓，从而提高热障涂层的使用寿命。

目前，MCrAlY粘结层的热喷涂制备方法主要包括低压等离子喷涂与超音速火焰喷涂，这两种喷涂方式制备的粘结层表面都由半熔粒子组成，这对提高粘结层表面粗糙度，增强粘结层与陶瓷层之间的机械锁合作用有着重要的意义；同时又由于热喷涂方式可以使MCrAlY粒子熔化或半熔化，当熔滴碰撞到基体时，难免会产生飞溅现象，飞溅颗粒会沉积在周围的粘结层表面上，这类飞溅颗粒与粘结层基体呈弱结合，这会导致在后续的高温服役过程中，飞溅颗粒中的Al元素优先消耗殆尽之后，飞溅颗粒下方的Al元素无法通过弱结合界面进行传输，于是便会生成混合氧化物，快速生长的混合氧化物会使热障涂层过早的失效。因此，在不破坏粘结层整体的表面粗糙度的前提下，如何有效解决飞溅颗粒与粘结层基体之间的弱结合问题，是有效提高粘结层抗氧化性能和热障涂层使用寿命的关键因素。

在现有的技术中，主要是从粘结层粉末材料成分配比、增大Al/Ni比例、在粘结层表面镀Al膜等方法促进粘结层表面氧化膜选择性氧化来提高粘结层的抗氧化性能，成本较高且操作复杂。因此亟需一种针对商用粉末、操作简单、成本较低的提高粘结层抗氧化性能的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高热障涂层金属粘结层抗氧化性能的方法，能够有效解决飞溅颗粒与粘结层基体之间的弱结合问题，从而有效提高粘结层的抗氧化性能和热障涂层的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种提高热障涂层金属粘结层抗氧化性能的方法，包括以下步骤：

S1：采用热喷涂法在镍基高温合金基体表面制备一层镍基或钴基金属粘结层；

S2：对粘结层表面进行激光扫描处理，对粘结层表面飞溅颗粒进行重熔，消除飞溅颗粒与粘结层表面的弱结合；

S3：在经S2处理得到的试件表面制备陶瓷隔热层。

优选地，S1中，制备金属粘结层的热喷涂法采用低压等离子喷涂法或超音速火焰喷涂法。

优选地，S1中，制备的金属粘结层的粉末成分元素包括Co、Cr、Ni、Al和Y。

优选地，S1中，制备的镍基或钴基金属粘结层的厚度为80-150μm。