[发明专利]一种在高温合金基体表面制备γ/γ相铂铝涂层的方法

说明书

本发明涉及高温防护涂层领域，特别涉及一种在高温合金基体表面制备γ/γ'相铂铝涂层的方法。该方法包括以下步骤：(1)对高温合金基体预磨、喷砂及除油等表面处理；(2)电镀铂；(3)预扩散处理；(4)采用磁控溅射或者多弧离子镀的方式沉积一层纯Al；(5)扩散退火处理，获得高温防护γ/γ'相铂铝涂层。本发明得到的γ/γ'相铂铝涂层与常见的β相铂铝涂层相比，Al含量显著降低，从根本上减少了涂层与基体之间的Al的扩散化学势，避免了针片状TCP相的析出，因此该涂层具有优异的低扩散性能。此外，该涂层还兼具良好的抗长期氧化性能，可作为一种新型的金属粘结层用于涡轮叶片热障涂层体系。

技术领域

本发明涉及高温防护涂层领域，特别涉及一种在高温合金基体表面制备γ/γ'相铂铝涂层的方法。

背景技术

随着航空发动机向高推重比、高效推进方向发展，热障涂层技术已经与高温合金材料技术和高效气膜冷却技术并重成为高性能航空涡轮发动机的“三大关键技术”之一。热障涂层体系主要由表面陶瓷层和金属粘结层双层结构组成。β相铂铝涂层具有高熔点、低密度和良好的抗高温氧化性能，因此作为粘结层在热障涂层体系中被广泛使用。但是，与高温合金基体相比，β相铂铝涂层中Al含量过高，服役时涂层与基体之间会发生严重的互扩散。这种互扩散引起的涂层中Al的消耗，不仅会导致涂层中初始β相退化为γ′相，缩短涂层服役寿命，还会导致涂层下方合金基体内TCP相的析出，产生二次反应区，降低高温合金的力学性能。

为了缓解β相铂铝涂层与基体间严重的元素互扩散，可通过降低涂层中Al含量，设计一种γ/γ′相铂铝涂层来实现该目标，但由于涂层中Al含量过低，抗长期高温氧化性能不足。目前，一般通过渗铝的方式来提高涂层中的Al含量，但是渗铝过程中影响因素众多，不易精确控制涂层的Al含量，容易生成Al含量过高的β相。因此，开发一种可精准调控涂层中Al含量的γ/γ′相铂铝涂层制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高温合金基体表面制备γ/γ'相铂铝涂层的方法，该涂层在保证低扩散性能的同时，还兼具良好的抗高温氧化性能。在1100℃下服役1000h，涂层下方无针片状TCP相析出，涂层表面生成氧化膜为连续致密纯净的α-Al₂O₃膜。

本发明所采用的技术方案如下：

一种在高温合金基体表面制备γ/γ'相铂铝涂层的方法，用于作为发动机涡轮叶片的涂层，涂层长期使用的服役温度为1100℃以上，包含以下步骤：

(1)表面处理：对高温合金基体进行预磨、喷砂处理，之后用体积比1：1的丙酮、酒精混合溶液进行超声处理去除表面油污；

(2)电镀铂：在处理后的基体表面电镀2～5μm厚的金属铂；

本步骤中，要求电镀铂层无起皮、开裂、剥落、肉眼可见的针孔等缺陷；

(3)预扩散处理：将电镀铂后的试样放置于真空退火炉里进行预扩散处理，炉内压强要低于1×10^-3Pa，温度为1000～1100℃下保温4～6h；

本步骤中，预扩散处理的作用是让镀铂层与基体互扩散，稀释表面的铂含量；预扩散处理的真空度要求较高，当真空度不足时，表面会发生轻微氧化，严重影响最终的涂层质量；

(4)沉积纯Al：采用磁控溅射或者多弧离子镀的方式在预扩散处理后的试样表面沉积一层1～3μm厚的纯Al，沉积使用的Al靶纯度大于99.99wt％；

本步骤中，要求沉积的纯Al层无起皮、开裂、剥落、肉眼可见的针孔等缺陷；

(5)扩散退火处理：将沉积Al层后试样放置于真空退火炉里进行扩散处理，炉内压强要低于1×10^-3Pa，温度为900～1000℃下保温1～3h，经扩散退火处理后，即可得到带有γ/γ'相铂铝涂层的试样。