一种MCrAlY高温防护涂层制备方法技术

一种MCrAlY高温防护涂层制备方法。依次由下列步骤组成：镀前基材去除表面氧化皮及清洗处理；抽真空至5.0×10

Preparation method of MCrAlY high temperature protective coating

Preparation method of MCrAlY high temperature protective coating. It consists of the following steps: remove the substrate before plating, remove the surface oxide and cleaning; vacuum to 5 * 10

【技术实现步骤摘要】
一种MCrAlY高温防护涂层制备方法
本专利技术涉及一种MCrAlY高温防护涂层制备方法。
技术介绍
航空发动机作为飞机动力系统的心脏，它反映了一个国家航空工业的总体水平，也被誉为工业皇冠上的明珠。发动机高温部件（如叶片）服役环境非常苛刻，不仅要求该部件具有良好的韧塑性，还要具有优异的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能，传统的高温合金材料难以同时满足如上所列条件，目前解决的主要途径为在高温合金基体上包覆耐高温涂层。航空发动机部件用的高温防护涂层已经从最初的渗铝涂层，到改性的铝化物涂层，发展到当前研究广泛的MCrAlY涂层，其中M是指Ni、Co、Ta或者是它们中两种或三种的复合。该类涂层具有优良的抗高温氧化和热腐蚀性能，低的脆/塑性转变温度和良好的高温塑性，已被广泛应用于航空发动机的叶片防护。国内外研究者已利用热喷涂，电子束物理气相沉沉积（EB-PVD），电弧离子镀（AIP），磁控溅射（MS）和电镀等方法制备MCrAlY涂层，其中以采用低压等离子喷涂和电子束物理气相沉积制备涂层的报道居多，技术也相对成熟。中国专利CN103789713A公开了利用低压等离子喷涂制备该类涂层，中国专利CN101787516公开了利用电子束物理气相沉积技术制备该类涂层。然而，由于上述制备技术存在明显的缺点，如低压等离子热喷涂技术制备出的涂层致密性较差，涂层厚度不易控制，且涂层表面粗糙度大，导致叶片表面的空气动力性能变差，同时容易导致外来物的沉积，堵塞冷却气孔。利用电子束物理气相沉积制备出的涂层塑性较差，由于成分难以控制，且设备昂贵，成本高，不利于产业化。磁控溅射技术在现有MCrAlY涂层制备方法中沉积速率最慢，不适合于产业化的应用。真空电弧离子镀作为一种物理气相沉积技术，是在蒸发和溅射基础上发展起来的，目前在工业上已被广泛应用。其工作原理是在真空室中充入气体，在靶面气体产生弧光放电，被电离靶材离子在负偏压作用下加速沉积在基体上。其优点主要体现在：离化率高、绕镀性强、生产成本低等，对于要求具有高致密组织、高结合强度及低内应力水平的耐高温防护涂层显示出了巨大优势。但是常规的电弧离子镀磁场设计不适合于高导磁的MCrAlY靶材，磁场强度小时弧斑无法稳定工作，加强磁场强度则使弧斑集中在靶的边缘某个区域（见图1），靶材利用率特别低，对于昂贵的合金靶而言，这是批量生产中要克服的主要技术瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统制备方法技术的不足，提供一种能够在高温合金表面制备出膜/基结合力好、膜层致密、表面粗糙度小，抗高温氧化和抗热腐蚀性能优良防护层的方法。同时本专利技术还提供一种解决传统电弧离子镀靶材利用率低、聚集态弧斑液滴大颗粒的方法。所述MCrAlY涂层制备方法依次由如下步骤组成：1）镀前基材去除表面氧化皮及清洗处理；2）抽真空至5.0×10-3Pa后，炉内压强：1.0~3.0Pa，Ar气流量：200~600sccm，负偏压：500~1000V，时间：30~60min，辉光放电离子清洗；3）沉积MCrAlY涂层：炉内压强：0.8~2.0Pa，Ar气流量：300~500sccm，电弧靶电流：60~120A，电磁参数：电压8~50V，频率1.0~33.3Hz，永磁参数：5000~15000Gs，负偏压：50~200V。所述M为Ni、Co或Ta及其中的两种或三种。本专利技术采用湿式喷砂法对基材镀前清洗表面处理，采用喷砂磨料为白刚玉，喷砂压力为0.1~0.30MPa，磨料大小为100~200目。镀前处理是为了清除表面油污和氧化物，同时进行辉光放电离子清洗，使工件露出新鲜的表面，可保证涂层与基体结合良好。本专利技术用于制备MCrAlY涂层关键技术，是在传统电弧离子镀膜基础上，通过加强磁场强度，以确保高导磁的MCrAlY靶材表面弧斑正常地稳定工作，同时，为了解决加强磁场导致弧斑集中在靶边缘，在靶周边施加脉冲电磁场，通过调整电磁场的电压及脉冲频率，加快弧斑在靶面的运动速度，尤其是在靶直径方向来回跑动的速度，加大弧斑的分布范围和细化弧斑，从而使靶材均匀烧蚀（见图2），减少聚集态弧斑液滴大颗粒的喷射和靶材的利用率。有效地解决了目前常规电弧离子镀用于MCrAlY涂层制备的技术瓶颈。附图说明图1为常规电弧技术靶材使用后实物图。图2为本专利技术使用的改良电弧技术靶材使用后实物图。图3为本专利技术实施例2的NiCoCrAlYTa涂层截面图，1.涂层，2.基材。具体实施方式实施例1~3分别按表1~3所列工艺流程和参数操作。采用的性能测试方法如下：1)膜层厚度通过台阶仪和扫描电镜截面法来测量。2)膜层结合力：反复弯曲镀有涂层试片，直至断裂后，依据GB5270标准评判。3)膜层粗糙度：采用便携式粗糙度仪测量涂层粗糙度。4)抗氧化性能测试：按照GB5258-2000，进行1050℃，100小时恒温静态氧化实验。5)抗热腐蚀性能测试：按照HB7740-2004，进行900℃，100小时燃气热腐蚀实验。实施例1对镍基高温合金K423A试片通过湿法喷砂前处理，具体工艺参数：喷砂磨料为白刚玉，磨料大小为180目，喷砂压力为0.2MPa。表1NiCoCrAlYTa涂层工艺流程表采用NiCoCrAlYTa合金靶材，工作气体为99.999%的氩气，将K423A试片悬吊于真空室挂件架中，沉积约45μm的NiCoCrAlYTa层。镀膜后两种基材所镀涂层表面平整、光滑，粗糙度为Ra2.07μm，镀层色泽均匀一致，弯曲试验结果无剥落。抗氧化试验结果显示：平均氧化速率为0.033g/m2h，氧化皮脱落量为1.53g/m2，涂层满足抗氧化级别。燃气热腐蚀试验结果显示平均腐蚀速率为0.01g/m2，腐蚀后表面涂层表面状态完好，无鼓泡及脱落，而无涂层试样平均腐蚀速率为0.54g/m2。实施例2对镍基高温合金DZ22B试片通过湿法喷砂前处理，具体工艺参数：喷砂磨料为白刚玉，磨料大小为200目，喷砂压力为0.3MPa。表2NiCoCrAlYTa涂层工艺流程表采用NiCoCrAlYTa合金靶材，工作气体为99.999%的氩气，将DZ22B试片悬吊于真空室挂件架中，沉积约58μm的NiCoCrAlYTa层（见图3，图中1为涂层，2为基材）。镀膜后两种基材所镀涂层表面平整、光滑，粗糙度为Ra3.02μm，镀层色泽均匀一致，弯曲试验结果无剥落。静态氧化试验结果显示：平均氧化速率为0.058g/m2h，氧化皮脱落量为1.94g/m2，涂层满足抗氧化级别。燃气热腐蚀试验结果显示平均腐蚀速率为0.04g/m2，腐蚀后表面涂层表面状态完好，无鼓泡及脱落，而无涂层试样平均腐蚀速率为1.03g/m2。实施例3对镍基高温合金K403工件通过湿法喷砂前处理，具体工艺参数：喷砂磨料为白刚玉，磨料大小为100目，喷砂压力为0.1MPa。表3NiCrAlY涂层工艺流程表采用NiCrAlY合金靶材，工作气体为99.999%的氩气，将K403试片悬吊于真空室挂件架中，沉积约25μm的NiCrAlY层。镀膜后两种基材所镀涂层表面平整、光滑，粗糙度为Ra1.75μm，镀层色泽均匀一致，弯曲试验结果无剥落。静态氧化试验结果显示：平均氧化速率为0.033g/m2h，氧化皮脱落量为0.97g/m2，涂层满足完全抗氧化级别；燃气热腐蚀试验结果显示平均腐蚀速率为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MCrAlY高温防护涂层制备方法，其特征在于依次由下列步骤组成：1）镀前基材去除表面氧化皮及清洗处理；2）抽真空至5.0×10

【技术特征摘要】
2016.09.30 CN 20161087094961.一种MCrAlY高温防护涂层制备方法，其特征在于依次由下列步骤组成：1）镀前基材去除表面氧化皮及清洗处理；2）抽真空至5.0×10-3Pa后，炉内压强：1.0~3.0Pa，Ar气流量：200~600sccm，负偏压：500~1000V，时间：30~60min，辉光放电离子清洗；3）沉积MCrAlY涂层：炉内压强：0.8~2.0Pa，Ar气...

【专利技术属性】
技术研发人员：林松盛，石倩，谢世明，代明江，周克崧，侯惠君，韦春贝，胡芳，李洪，苏一凡，
申请(专利权)人：广东省新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44