超厚耐热等离子金属陶瓷涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超厚耐热等离子金属陶瓷涂层及制备方法，包括第一NiCrAlY合金涂层和若干涂层单元，每个涂层单元均由从下往上依次连接的Mo金属涂层、第二NiCrAlY合金涂层、8YAZ陶瓷涂层构成，第一NiCrAlY合金涂层的厚度为80‑100微米，Mo金属涂层的厚度为50‑80微米，第二NiCrAlY合金涂层的厚度为50‑80微米；8YAZ陶瓷涂层的厚度为30‑50微米。本发明专利技术在不锈钢310S上制备的等离子超厚金属陶瓷涂层，在氧乙炔火焰烧蚀实验中，涂层表面温度为1500℃，持续烧蚀10分钟后停止实验，超厚金属陶瓷涂层未失效，基体金属完好；涂层为金属基体提供了良好的耐高温和抗高温氧化保护。

Super thick heat-resistant plasma cermet coating and preparation method thereof

The invention discloses a super thick thermal plasma metal ceramic coating and preparation method, including the first NiCrAlY alloy coating and several coating unit, each coating unit is constructed from the bottom up sequentially connected Mo second metal coating, NiCrAlY alloy coating, 8YAZ coating, the NiCrAlY alloy coating thickness of 80 100 micron, Mo metal coating thickness of 50 80 micron, second NiCrAlY alloy coating thickness of 50 80 micron; 8YAZ ceramic coating thickness of 30 microns 50. The preparation method of the plasma in the stainless steel 310S ultra thick metal ceramic coating, the oxygen acetylene flame ablation experiment, the temperature of the coating surface is 1500 DEG C, continuous ablation 10 minutes to stop the experiment, ultra thick metal ceramic coating failure, matrix metal coating is intact; metal matrix provides a good high temperature and anti high temperature oxidation protection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涂层制备领域，具体涉及一种超厚耐热等离子金属陶瓷涂层及制备方法。
技术介绍
在航空工业、能源动力工业、冶金化工工业中，某些金属零件需要具有优异的高温强度与良好的抗高温氧化腐蚀能力；如航空发动机热端部件，各类燃气轮机热端部件，金属冶炼炉热端部件等。随着工业的发展，对于这些热端部件的性能要求越来越高；国家与社会的可持续发展需要提高这些部件的使用寿命，降低这些零件的制备或修复成本。目前最可行的办法是在金属零件表面涂覆防护涂层，使合金材料既能在高温下保持强度，其表面又具有良好的抗高温氧化腐蚀性能，从而达到工业生产对合金高温性能的要求，也能提高合金零件的使用寿命，降低工业生产成本与零件的修复成本。耐高温、抗高温氧化腐蚀涂层早期使用铝化物热扩散涂层，高温氧化环境时，涂层表面会生成连续致密且抗氧化性能优良的Al2O3氧化膜，保护金属基体免受高温氧化腐蚀作用。随着等离子技术电子束蒸发沉积和溅射技术的发展，人们开始使用MCrAIY(M代表Ni，Co，Fe中的一种或者多种成分)包覆涂层；MCrAIY涂层不仅具有很好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，而且具有很好的塑性，涂层对基体机械性能的影响也较小。MCrAIY涂层中的AI元素在高温时可形成致密的Al2O3保护膜，Cr元素不仅可改善涂层的抗热腐蚀性能，且可促进Al2O3膜形成，活性元Y素能有效提高合金或涂层表面氧化膜的粘附性，且适量的Y元素可显著改善合金的抗氧化性能。为了防止金属零件高温氧化，并降低金属表面温度，热障涂层被专利技术并广泛应用于航空发动机与燃气轮机热端部件。热障涂层的典型结构是双层结构，表面是隔热陶瓷层，中间是抗氧化粘结层，下面是金属零件，面层材料多选用热阻大、耐高温、热稳定性好的氧化物陶瓷，以降低金属或合金表面使用温度；粘结层用以生成抗氧化保护膜，并减缓隔热面层与基体间的热不匹配。目前使用性能最稳定，使用广泛的热障涂层是8YSZ涂层，粘结层是有MCrAIY涂层构成。热障涂层是具有降低金属零件表面温度功能的耐热涂层。耐热涂层常用的制备工艺有电子束物理气相沉积(EB-PVD)，等离子喷涂(PS)，爆炸喷涂(DS)和高速氧火焰喷涂(HVOF)等。采用EB-PVD制备出的涂层具有较好的抗氧化腐蚀和耐磨性能，但由于其设备昂贵和成本高等缺点，国内很少用EB-PVD制备大面积的耐热涂层；爆炸喷涂制备的耐热涂层虽具有良好的粘结性能和高致密性，但其喷涂效率低且无法喷涂形状较复杂的工件；而等离子喷涂因成本低，生产效率高，喷涂厚度可调范围大，成分易控制等优点，已成为耐热涂层的主要制备方法。目前广泛应用于工业生产的等离子热障涂层的厚度不超过400微米，其原因是：(1)等离子喷涂工艺的影响，等离子焰流温度较高，对涂层与基体的热影响大，制备的涂层厚度较厚时，涂层内部应力大，容易造成涂层在制备时大块的剥落。(2)涂层材料与结构的影响，简单双层结构的热障涂层，在陶瓷层厚度大时，陶瓷层与金属热膨胀系数不一致，受到制备涂层的热影响造成陶瓷层内部裂纹扩展，导致涂层在制备时大面积剥落。以冶炼企业中的顶吹炉氧枪枪头为例，使用等离子喷涂技术在喷枪枪头上制备热障涂层，现场生产实验，结果并不能明显增加氧枪枪头的使用寿命。根据现场实验结果分析，热障涂层未能延长氧枪枪头使用寿命的原因是：相对于顶吹炉内的复杂环境，等离子热障涂层厚度太薄，不能给金属氧枪枪头提供足够的保护。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种超厚耐热等离子金属陶瓷涂层及制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：超厚耐热等离子金属陶瓷涂层，包括第一NiCrAIY合金涂层和若干涂层单元，每个涂层单元均由从下往上依次连接的Mo金属涂层、第二NiCrAIY合金涂层、8YAZ陶瓷涂层构成，第一NiCrAIY合金涂层的厚度为80-100微米，Mo金属涂层的厚度为50-80微米，第二NiCrAIY合金涂层的厚度为50-80微米；8YAZ陶瓷涂层的厚度为30-50微米。上述超厚耐热等离子金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：S1、对基体表面进行喷砂处理后，预热至50-80℃；S2、在预热完成后的基体表面上制备80-100微米厚的NiCrAIY合金涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S3、在NiCrAIY合金涂层上制备50-80微米厚的金属Mo涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S4、在Mo涂层表面上制备50-80微米厚的NiCrAIY合金涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S5、在NiCrAIY合金涂层上制备30-50微米厚的8YSZ陶瓷涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S6、在8YSZ陶瓷涂层上制备金属50-80微米厚的Mo涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S7、在Mo涂层表面上制备50-80微米厚的NiCrAIY合金涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S8、在NiCrAIY合金涂层上制备30-50微米厚的8YSZ陶瓷涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S9、重复步骤S6至步骤S8直到涂层整体厚度达到需要的厚度。本专利技术具有以下有益效果：在不锈钢310S上制备的等离子超厚金属陶瓷涂层，在氧乙炔火焰烧蚀实验中，涂层表面温度为1500℃，持续烧蚀10分钟后停止实验(喷焰枪需要休息)。超厚金属陶瓷涂层未失效，基体金属完好；涂层为金属基体提供了良好的耐高温和抗高温氧化保护。如果在工作温度为1300℃的顶吹炉氧枪枪头上制备超厚金属陶瓷涂层，涂层能为金属氧枪枪头抵抗高温与高温氧化对枪头的损耗，能提高顶吹炉生产效率，降低生产维护成本。附图说明图1为本专利技术实施例中超厚金属陶瓷涂层横截面形貌图。图2为本专利技术实施例中线扫描结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种超厚耐热等离子金属陶瓷涂层，包括第一NiCrAIY合金涂层和若干涂层单元，每个涂层单元均由从下往上依次连接的Mo金属涂层、第二NiCrAIY合金涂层、8YAZ陶瓷涂层构成，第一NiCrAIY合金涂层的厚度为80-100微米，Mo金属涂层的厚度为50-80微米，第二NiCrAIY合金涂层的厚度为50-80微米；8YAZ陶瓷涂层的厚度为30-50微米。本专利技术实施例还提供了上述超厚耐热等离子金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：S1、对基体表面进行喷砂处理后，预热至50-80℃；S2、在预热完成后的基体表面上制备80-100微米厚的NiCrAIY合金涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S3、在NiCrAIY合金涂层上制备50-80微米厚的金属Mo涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S4、在Mo涂层表面上制备50-80微米厚的NiCrAIY合金涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S5、在NiCrAIY合金涂层上制备30-50微米厚的8YSZ陶瓷涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S6、在8YSZ陶瓷涂层上制备金属50-80微米厚的Mo涂层，然后对涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
超厚耐热等离子金属陶瓷涂层，其特征在于，包括第一NiCrAlY合金涂层和若干涂层单元，每个涂层单元均由从下往上依次连接的Mo金属涂层、第二NiCrAlY合金涂层、8YAZ陶瓷涂层构成，第一NiCrAlY合金涂层的厚度为80‑100微米，Mo金属涂层的厚度为50‑80微米，第二NiCrAlY合金涂层的厚度为50‑80微米；8YAZ陶瓷涂层的厚度为30‑50微米。

【技术特征摘要】
1.超厚耐热等离子金属陶瓷涂层，其特征在于，包括第一NiCrAlY合金涂层和若干涂层单元，每个涂层单元均由从下往上依次连接的Mo金属涂层、第二NiCrAlY合金涂层、8YAZ陶瓷涂层构成，第一NiCrAlY合金涂层的厚度为80-100微米，Mo金属涂层的厚度为50-80微米，第二NiCrAlY合金涂层的厚度为50-80微米；8YAZ陶瓷涂层的厚度为30-50微米。2.超厚耐热等离子金属陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对基体表面进行喷砂处理后，预热至50-80℃；S2、在预热完成后的基体表面上制备80-100微米厚的NiCrAlY合金涂层，然后对涂层表面风冷，表面温度冷却至50-80℃；S3、在NiCrAlY合金涂层上制备50-80微米厚的金属Mo涂层，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯力，路妮妮，李文生，安国升，张一，王裕熙，关畅，畅继荣，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62