一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层制造技术

本发明专利技术属于热障涂层技术领域，具体涉及一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，包括高温基体，所述高温基体上侧喷涂有扩散成，所述扩散成上侧喷涂有粘接层，所述粘接层上侧喷涂有氧化膜层，所述氧化膜层上侧喷涂有陶瓷层，所述粘接层由Co、Ni、Cr、Al、Y金属粉末或者合金粉末组成。其制备方法为，步骤一：将高温基体表面除油、水洗、烘干，用50～100目刚玉行喷砂粗化处理，去除浮尘，形成粗糙表面；步骤二：将粘接层的各粉末在200～250℃下保温3～5h，充分软化粉末；步骤三：采用冷喷涂方法在基体表面制备粘结层；步骤四：粘结层表面采用等离子工艺喷涂获得陶瓷面层；步骤五：将完整热障涂层在真空热处理。

A thermal barrier coating for gas turbine blades prepared by spray method

The invention belongs to the technical field of thermal barrier coating, in particular to a gas turbine blade thermal barrier coating prepared by a spraying method, including a high-temperature substrate, which is sprayed on the upper side of the high temperature substrate, and the upper side is sprayed with a adhesive layer, the upper side of the adhesive layer is sprayed with an oxygenation film, and the upper side of the oxidation coating is sprayed. The ceramic coating is composed of Co, Ni, Cr, Al, Y metal powder or alloy powder. The preparation method is: Step 1: removing oil, washing and drying the surface of the high temperature matrix, using 50~100 mesh corundum to remove the dust and form a rough surface. Step two: the powder of the adhesive layer is insulated for 3 ~ 5h at 200~250, and the powder is softened fully; step three: cold spraying method is used on the surface of the matrix. The bonding layer is prepared; step four: the ceramic surface layer is obtained by plasma spraying on the surface of the bonding layer; and step five: the complete thermal barrier coating is treated in vacuum.

【技术实现步骤摘要】
一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层
本专利技术属于热障涂层
，具体涉及一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层。
技术介绍
燃气轮机叶片是燃气轮机的重要热端部件，其工作温度决定着燃气轮机的热效率，因此其承受着最苛刻的工作环境。如何提高燃气轮机叶片在包括腐蚀和氧化等严酷服役环境下的热效率是燃气轮机发展的主要方向。目前普遍采用的技术是叶片表面制备热障涂层。典型的热障涂层由部分氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）陶瓷面层和MCrAlY粘结层构成，而粘结层质量好坏决定着整个热障涂层高温抗氧化性能的优劣。传统技术中一般采用低压等离子喷涂（LPPS）或者超音速火焰喷涂（HVOF），其成分和先进的制备工艺被国外所掌握。现有的热喷涂制备热障涂层粘结层孔隙率高、涂层致密性不够。冷喷涂技术（GasDynamicSpray，GDS）是近年来发展起来的一种涂层制备技术；冷喷涂的理论基础是：压缩气体（空气、N2、He）加热到一定温度（小于600℃），并通过压缩气体加速金属粒子到临界速度（超音速），金属粒子撞击到基体表面后发生剧烈塑性变形。金属粒子撞扁在基体表面并牢固附着，整个过程金属粒子没有被融化；获得的涂层致密性好，孔隙率低，厚度易于控制。
技术实现思路
针对上诉
技术介绍
所提出的问题，本专利技术的目的是：旨在提供一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，包括高温基体，所述高温基体上侧喷涂有扩散成，所述扩散成上侧喷涂有粘接层，所述粘接层上侧喷涂有氧化膜层，所述氧化膜层上侧喷涂有陶瓷层，所述粘接层由Co、Ni、Cr、Al、Y金属粉末或者合金粉末组成，其中各组分百分比质量比为Ni：30～32%，Cr：30～32%，Al：7～9%，Y：0.5～0.8%，Co为余量，所述陶瓷层为8YSZ陶瓷层。作为本专利技术的一种优选方案；所述粘接层的厚度尺寸为100～150μm，所述粘接层中各组分的粉末粒径范围20～50μm。作为本专利技术的一种优选方案；所述粘接层中各组分百分比质量比为Ni：32%，Cr：32%，Al：8%，Y：0.5%，Co为余量。作为本专利技术的一种优选方案；所述高温基体为GTD111或MGA1400高温基体。作为本专利技术的一种优选方案；所述燃气轮机叶片热障涂层的制备方法，包括以下步骤，步骤一：将高温基体表面除油、水洗、烘干，用50～100目刚玉行喷砂粗化处理，去除浮尘，形成粗糙表面；步骤二：将粘接层的各粉末在200～250℃下保温3～5h，充分软化粉末；步骤三：采用冷喷涂方法在基体表面制备粘结层，其中参数为：工作气体N2，喷涂压力2.5～3MPa，温度500～600℃，喷涂距离为8～10mm，喷枪移动速度为60～80mm/s，送粉速率在18～20g·min-1；步骤四：粘结层表面采用等离子工艺喷涂获得8YSZ陶瓷面层，参数为：喷涂电流650A，电压36V，主Ar流量30psi，辅助H2流量20psi，送粉速率2.3rpm，喷涂距离60～80mm，喷涂6～10道次；表面陶瓷层厚度200～250μm；步骤五：将完整热障涂层在真空热处理炉下1000～1100℃保温不少于3h，真空度低于2*10-3Pa。作为本专利技术的一种优选方案；所述步骤三中N2的纯度99.99wt％，其中氧含量小于0.0005wt％。作为本专利技术的一种优选方案；所述的步骤四中的Ar的纯度为99.99wt％，其中氧含量小于0.001wt％，H2的纯度为99.99wt％，其中氧含量小于0.001wt％。作为本专利技术的一种优选方案；所述步骤三中喷涂距离为10mm，喷枪移动速度为80mm/s。作为本专利技术的一种优选方案；所述步骤四采用的具体参数为：喷涂电流650A，电压36V，主Ar流量30psi，辅助H2流量30psi，送粉速率2.3rpm，喷涂距离80mm，喷涂9道次；表面陶瓷层厚度200μm。作为本专利技术的一种优选方案；所述步骤五中热障涂层在真空热处理炉下1050～1100℃保温不少于3～5h，真空度低于2*10-3Pa。本专利获得的热障涂层与现有技术制备的涂层相比，具有以下的优点和效果：1、冷喷涂技术工艺简单，成本低；2、冷喷涂制备的粘结层孔隙率控制在1.5%以下，结构致密；3、制备的涂层内部有压应力，可缓解涂层服役过程的热膨胀匹配；4、热处理后粘结层与基体形成扩散层，改善了涂层结合强度；5、热处理后粘结层表面形成一层氧化膜，涂层抗氧化性能提高。本专利制备的粘结层克服了传统热喷涂技术带来的孔洞缺陷，又通过热处理，改善了涂层的组织和结构，使高温抗氧化性得到提高，热障涂层寿命延长，可以在大型燃气轮机叶片上推广使用。附图说明本专利技术可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；图1为本专利技术一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层实施例的结构示意图；图2用于本专利技术一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层实施例中热障涂层粘结层粉末原始SEM形貌；图3用于本专利技术一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层实施例中陶瓷层粉末原始SEM形貌。具体实施方式为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。如图1所示，本专利技术的一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，包括高温基体1，高温基体1上侧喷涂有扩散成2，扩散成2上侧喷涂有粘接层3，粘接层3上侧喷涂有氧化膜层4，氧化膜层4上侧喷涂有陶瓷层5，粘接层3由Co、Ni、Cr、Al、Y金属粉末或者合金粉末组成，其中各组分百分比质量比为Ni：30～32%，Cr：30～32%，Al：7～9%，Y：0.5～0.8%，Co为余量，陶瓷层5为8YSZ陶瓷层。作为本专利技术的一种优选方案；粘接层3的厚度尺寸为100～150μm，粘接层3中各组分的粉末粒径范围20～50μm。作为本专利技术的一种优选方案；粘接层3中各组分百分比质量比为Ni：32%，Cr：32%，Al：8%，Y：0.5%，Co为余量。作为本专利技术的一种优选方案；高温基体1为GTD111或MGA1400高温基体。作为本专利技术的一种优选方案；燃气轮机叶片热障涂层的制备方法，包括以下步骤，步骤一：将高温基体表面除油、水洗、烘干，用50～100目刚玉行喷砂粗化处理，去除浮尘，形成粗糙表面；步骤二：将粘接层3的各粉末在200～250℃下保温3～5h，充分软化粉末；步骤三：采用冷喷涂方法在基体表面制备粘结层3，其中参数为：工作气体N2，喷涂压力2.5～3MPa，温度500～600℃，喷涂距离为8～10mm，喷枪移动速度为60～80mm/s，送粉速率在18～20g·min-1；步骤四：粘结层3表面采用等离子工艺喷涂获得8YSZ陶瓷面层，参数为：喷涂电流650A，电压36V，主Ar流量30psi，辅助H2流量20psi，送粉速率2.3rpm，喷涂距离60～80mm，喷涂6～10道次；表面陶瓷层厚度200～250μm；步骤五：将完整热障涂层在真空热处理炉下1000～1100℃保温不少于3h，真空度低于2*10-3Pa。作为本专利技术的一种优选方案；步骤三中N2的纯度99.99wt％，其中氧含量小于0.0005wt％。作为本专利技术的一种优选方案；步骤四中的Ar的纯度为99.99wt％，其中氧含量小于0.001wt％，H2的纯度为99本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，其特征在于：包括高温基体（1），所述高温基体（1）上侧喷涂有扩散成（2），所述扩散成（2）上侧喷涂有粘接层（3），所述粘接层（3）上侧喷涂有氧化膜层（4），所述氧化膜层（4）上侧喷涂有陶瓷层（5），所述粘接层（3）由Co、Ni、Cr、Al、Y金属粉末或者合金粉末组成，其中各组分百分比质量比为Ni：30～32%，Cr：30～32%，Al：7～9%，Y：0.5～0.8%，Co为余量，所述陶瓷层（5）为8YSZ陶瓷层。

【技术特征摘要】
1.一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，其特征在于：包括高温基体（1），所述高温基体（1）上侧喷涂有扩散成（2），所述扩散成（2）上侧喷涂有粘接层（3），所述粘接层（3）上侧喷涂有氧化膜层（4），所述氧化膜层（4）上侧喷涂有陶瓷层（5），所述粘接层（3）由Co、Ni、Cr、Al、Y金属粉末或者合金粉末组成，其中各组分百分比质量比为Ni：30～32%，Cr：30～32%，Al：7～9%，Y：0.5～0.8%，Co为余量，所述陶瓷层（5）为8YSZ陶瓷层。2.根据权利要求1所述的一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，其特征在于：所述粘接层（3）的厚度尺寸为100～150μm，所述粘接层（3）中各组分的粉末粒径范围20～50μm。3.根据权利要求2所述的一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，其特征在于：所述粘接层（3）中各组分百分比质量比为Ni：32%，Cr：32%，Al：8%，Y：0.5%，Co为余量。4.根据权利要求3所述的一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，其特征在于：所述高温基体（1）为GTD111或MGA1400高温基体。5.根据权利要求4所述的一种喷涂方式制备的燃气轮机叶片热障涂层，其特征在于：所述燃气轮机叶片热障涂层的制备方法，包括以下步骤，步骤一：将高温基体表面除油、水洗、烘干，用50～100目刚玉行喷砂粗化处理，去除浮尘，形成粗糙表面；步骤二：将粘接层（3）的各粉末在200～250℃下保温3～5h，充分软化粉末；步骤三：采用冷喷涂方法在基体表面制备粘结层（3），其中参数为：工作气体N2，喷涂压力2.5～3MPa，温度500～600℃，喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟平，李硕，金开锋，王绍爽，
申请(专利权)人：江苏奇纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32