[发明专利]一种提升(γ’+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法

说明书

本发明属于金属防护涂层技术领域，涉及一种提升(γ’+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法，首先利用电子束物理气相沉积的方法在镍基高温合金基体上制备涂层；然后采用纳秒激光对涂层进行冲击强化；最后对冲击后涂层进行真空热处理。通过激光诱导的高压冲击波实现涂层表层位错密度增殖、晶粒细化与活性元素细小弥散分布，同时真空热处理能够消除涂层内部的残余应力。本发明制备的(γ’+γ)NiAlX防护涂层氧化后表面迅速形成一层致密的氧化铝膜，氧化速率明显降低，氧化膜厚度更加均匀，涂层/基体界面下方互扩散区厚度明显减小，显著提高了涂层的抗氧化性能。

技术领域

本发明属于金属防护涂层和表面改性技术领域，涉及一种提升(γ’+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法。

背景技术

热障涂层是提高先进航空发动机涡轮叶片承温能力的关键技术之一，金属粘结层作为热障涂层体系中至关重要的一环，直接决定整个涂层系统的服役寿命。目前已经获得应用的金属粘结层MCrAlY(M：Ni，Co等)和β-NiPtAl尽管具有优异的抗氧化性能，但在高温下与叶片单晶合金发生界面元素互扩散现象，严重影响合金基体力学性能，已难以满足先进航空发动机的应用需求，发展与单晶合金界面相容匹配的新型金属粘结层材料迫在眉睫。

(γ’+γ)双相Ni-Al合金是一种非常有前景的新型金属粘结层候选材料。然而，一方面，传统(γ’+γ)涂层采用电镀铂和真空热处理的工艺制备，其抗氧化性能受合金成分影响较大，无法作为通用的粘结层材料；另一方面，(γ’+γ)NiAl体系中较低的Al含量势必影响其抗高温氧化性能。因此，亟需从制备方法和后处理工艺等方面对(γ’+γ)双相Ni-Al体系进行研究。

发明内容

本发明的目的是：针对现有(γ’+γ)NiAlX防护涂层在1100℃服役寿命显著降低的问题，本发明提供一种提升(γ’+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种提升(γ’+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法，所述方法包括以下步骤：

第一步、高温合金基体试样预处理：

采用SiC砂纸打磨基体试样，后进行喷砂处理，将喷砂后的试样用超声清洗，烘干；

第二步、采用电子束物理气相沉积方法制备(γ’+γ)NiAlX防护涂层：

所述(γ’+γ)NiAlX防护涂层成分原子含量百分比为：10～30％Al，0.05～2％X，其余为Ni，X为Hf、Zr和Y中的一种或几种；

2.1、准备蒸发靶材：

根据成分计量称重准备高纯原料，清洗烘干后在真空度1×10^-3Pa～5×10^-2Pa，电流650-950A的条件下进行真空感应熔炼制备(γ’+γ)NiAlX铸锭；

随后对铸锭进行温度为1200±50℃，时间为20-24h，真空度1×10^-3Pa～5×10^-2Pa的均匀化退火处理；

将退火处理后的铸锭切成要求尺寸的靶材；

2.2、沉积(γ’+γ)NiAlX涂层：

将第一步预处理后的高温合金基体安装在电子束物理气相沉积设备内旋转夹具上，加热基体的电流为0.15-0.25A，蒸发靶材的电流为1.1-1.5A，基体温度控制在800-900℃之间，电压为15-18KV，夹具转速为10-15r/min，真空度1×10^-3Pa～9×10^-3Pa，沉积时间30-60min；

第三步、对真空热处理后的涂层进行激光冲击处理，具体步骤为：