本申请涉及表面工程技术领域，更具体地说，它涉及一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层及其制备方法。制备方法包括以下步骤：S1、准备MCrAlY多组元合金粉末；S2、将MCrAlY多组元合金粉末筛分至热喷涂工艺适用的粉末粒度范围；S3、将待喷涂合金粉末在600~1000℃的条件下预氧化；S4、将S3处理后的MCrAlY多组元合金粉末经热喷涂后，得到纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层。本申请的纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层具有优异的抗火焰冲击性能。MCrAlY抗氧化涂层具有优异的抗火焰冲击性能。MCrAlY抗氧化涂层具有优异的抗火焰冲击性能。
【技术实现步骤摘要】
一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层及其制备方法
[0001]本申请涉及表面工程
，更具体地说，它涉及一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层及其制备方法。
技术介绍
[0002]航空、舰船、电力等重型或大型装备涡轮发动机的叶片、燃烧室、火焰筒等关键热端部件的高温氧化和腐蚀破坏是影响整机寿命、可靠性和运行安全性的主要因素，在热端部件表面制备MCrAlY(M为Fe、Ni、Co或以上元素混合物等主元素)高温防护涂层，是解决这一问题最有效的方法之一。
[0003]随着全球航空、海洋以及新能源等行业激烈的竞争形势的加剧，发动机动力系统的相关指标要求趋于极致化：如航空发动机进气口温度超过1500℃，如舰船燃气轮机叶片使用寿命需超过12000h等，因此MCrAlY防护涂层面临着更高耐受温度、更长服役寿命和更高可靠性的挑战。
[0004]为进一步提高MCrAlY防护涂层的抗氧化性能，不仅可通过优选改性添加元素的方法，还可利用“扩散阻碍”的原理，在防护涂层中添加或原位自生氧化物硬质颗粒，形成氧化物硬质颗粒增强的金属基复合材料涂层。当氧化物硬质颗粒弥散分布在MCrAlY防护涂层中，使得热端部件基体与MCrAlY防护涂层之间的界面处形成一条扩散阻碍区，不仅抑制了MCrAlY防护涂层中Al、Cr元素的向内(即向热端部件基体处)扩散，从而提高MCrAlY防护涂层的抗氧化性；还有效缓解了热端部件基体中难熔元素的向外扩散，稳定基体/涂层界面的结合性，防止涂层脱落。此外，在MCrAlY防护涂层添加或原位自生氧化物硬质颗粒，还可降低MCrAlY防护涂层的热膨胀系数，避免因MCrAlY防护涂层表面的氧化膜与MCrAlY涂层的热匹配性较差而导致的表面氧化膜易脱落、涂层热循环使用寿命短的问题。
[0005]目前，通常采用机械合金化的方法制备得到氧化物硬质颗粒增强的MCrAlY防护涂层，具体工艺为：将MCrAlY金属原料及氧化物粉末充分球磨，从而获得氧化物硬质颗粒弥散分布的金属基复合粉末材料，然后采用超音速火焰、大气等离子或低压等离子等热喷涂工艺制备氧化物硬质颗粒增强的MCrAlY防护涂层。
[0006]但是，采用上述方法制备氧化物硬质颗粒增强的MCrAlY防护涂层时，其中的氧化物硬质颗粒为微米级或亚微米级，极易在涂层服役过程中，形成裂纹源，从而使得MCrAlY防护涂层的抗火焰冲击性能有所降低。
[0007]因此，如何获得纳米氧化物均匀弥散分布的MCrAlY防护涂层，进而有效提高MCrAlY防护涂层的抗火焰冲击性能，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
[0008]为了有效改善MCrAlY防护涂层的抗火焰冲击性能，本申请提供一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层及其制备方法。
[0009]第一方面，本申请提供一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，采
用如下的技术方案：一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：S1、准备包括M、Cr、Al和Y的金属原料，用以制备得到MCrAlY多组元金属粉末；M为金属元素Fe、Ni和Co中的一种或多种；S2、将所述MCrAlY多组元合金粉末筛分至热喷涂工艺适用的粉末粒度范围，得到待喷涂合金粉末；S3、将所述待喷涂合金粉末在600～1000℃的条件下预氧化后，形成纳米氧化物弥散分布的MCrAlY多组元合金粉末，备用；S4、将所述纳米氧化物弥散分布的MCrAlY多组元合金粉末经热喷涂后即得到纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层。
[0010]相关方法在制备得到氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层时，是首先将MCrAlY金属原料及氧化物粉末充分球磨，从而获得氧化物硬质颗粒弥散分布的金属基复合粉末材料，然后采用热喷涂工艺制备氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层。而本申请的制备方法是：首先从制备原料中并不添加氧化物粉末，而是直接选用金属原料，即氧化物硬质颗粒的来源并非额外添加的氧化物粉末。其次，本申请将所有的金属原料用于制备得到金属粉末后，额外添加了高温预氧化的操作步骤，以通过该操作步骤得到弥散分布在粉末表层中氧化物粉末，即S3中的纳米氧化物弥散分布的MCrAlY多组元合金粉末；也就是说，以上制备方法是以原位自生的方式获得纳米级氧化物硬质颗粒的，而非额外添加的方式。而通过采用上述技术方案，该氧化物硬质颗粒能够更加均匀地分布在MCrAlY抗氧化涂层中，除了保证MCrAlY抗氧化涂层的抗氧化性能之外，还能够使得MCrAlY抗氧化涂层的抗火焰冲击性能显著提高，进而使得该MCrAlY抗氧化涂层的耐受高温冲击次数更高且服役寿命更长。而在步骤S2中，预氧化温度过低时，MCrAlY多组元合金粉末纳米氧化物生长过程缓慢，无法形成所需含量的纳米氧化物；预氧化温度高于1000℃时，形成MCrAlY多组元合金粉末时纳米氧化物生长速度过快，无法有效控制具有主要抗腐蚀作用的Al和Cr等元素的过度消耗，也将导致MCrAlY抗氧化涂层的抗火焰冲击性能显著降低。
[0011]优选的，S3中预氧化的时间为0.5～5h。
[0012]通过采用上述技术方案，以600～1000℃的温度预氧化0.5～5h，其能够保证制备得到的MCrAlY抗氧化涂层的抗氧化性能并显著提高其抗火焰冲击性能。
[0013]优选的，所述金属原料中还包括改性添加元素X，X为Si、Hf、Zr、Re和Ta中的一种或多种。
[0014]通过采用上述技术方案，以该性元素进一步改善MCrAlY抗氧化涂层的性能，以获得更好的产品功能。其中，X是为了赋予MCrAlY抗氧化涂层某些特殊性能而额外添加的，其可以根据功能需要适当添加。如添加Si是为了提高涂层循环抗氧化性能；添加Hf是为了提高氧化铝的粘结力，减小氧化铝的生长速度；添加Zr是为了提高涂层抗氧化性能；添加Re是为了阻碍涂层和基体元素互扩散；添加Ta是为了降低涂层热膨胀系数，抑制元素内扩散。
[0015]优选的，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Cr 12～35％，Al 5～15％，Y 0.05～1％，X 0～6％，M为余量。
[0016]优选的，所述M选择为Fe且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Cr 21～27％，Al 6～10％，Y 0.2～0.8％，Fe为余量；
所述M选择为Co且X选择为Si时，所述金属原料含有以下重量百分比的元素：Cr 27～31％，Al 5～8.5％，Y 0.05～0.8％，Si 1～4％，Co为余量；所述M选择为Ni和Co且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Ni 29～35％，Cr 18～24％，Al 5～11％，Y 0.1～0.8％，Co为余量；所述M选择为Ni且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Cr 21～32％，Al 9～12.5％，Y 0.3～1.2％，Ni为余量；所述M选择为Ni和Co且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Co 20～26％，Cr 14～20％，A本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、准备包括M、Cr、Al和Y金属元素的金属原料，用以制备得到MCrAlY多组元金属粉末；M为金属元素Fe、Ni和Co中的一种或多种；S2、将所述MCrAlY多组元合金粉末筛分至热喷涂工艺适用的粉末粒度范围，得到待喷涂合金粉末；S3、将所述待喷涂合金粉末在600~1000℃的条件下预氧化后，形成纳米氧化物弥散分布的MCrAlY多组元合金粉末，备用；S4、将所述纳米氧化物弥散分布的MCrAlY多组元合金粉末经热喷涂后即得到纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层。2. 根据权利要求1所述的一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，S3中预氧化的时间为0.5~5 h。3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述金属原料中还包括改性添加元素X，X为Si、Hf、Zr、Re和Ta中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Cr12~35%，Al5~15%，Y0.05~1%，X0~6%，M为余量。5. 根据权利要求1所述的一种纳米氧化物弥散型MCrAlY抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述M选择为Fe且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Cr 21~27%，Al 6~10%，Y 0.2~0.8%，Fe为余量；所述M选择为Co且X选择为Si时，所述金属原料含有以下重量百分比的元素：Cr 27~31%，Al 5~8.5%，Y 0.05~0.8%，Si 1~4%，Co为余量；所述M选择为Ni和Co且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Ni29~35%，Cr 18~24%，Al 5~11%，Y 0.1~0.8%，Co为余量；所述M选择为Ni且X不选用时，所述金属原料含有以下重量百分比的金属元素：Cr 21~32%，Al 9~12.5%，Y 0.3~1.2%，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜开平，郑兆然，张鑫，皮自强，陈星，原慷，彭浩然，马尧，
申请(专利权)人：北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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