一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法，所述热障涂层包括由内至外依次设置在基体合金上的MCrAlY粘结层、Al

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法


[0001]本专利技术属于热障涂层的制备
，尤其是涉及一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法。

技术介绍

[0002]热障涂层是提高先进航空发动机、燃气轮机热端部件使用温度最有效的手段，是先进燃气轮机不可或缺的关键技术之一，目前在燃气轮机中应用最为广泛的热障涂层材料为8YSZ(6％～8％Y2O3部分稳定ZrO2)作为陶瓷层和MCrAlY(M＝Ni或Co或Ni+Co)作为粘结层。热障涂层的高温抗氧化性能主要依靠MCrAlY粘结层，热障涂层在高温服役过程中，会在MCrAlY粘结层表面生成致密、氧扩散系数较低的α
‑
Al2O3氧化膜，即热生长氧化层(TGO)。TGO层是制约热障涂层服役寿命的关键，它可有效阻止气相氧向合金基体的扩散，延缓氧元素与其他合金元素氧化反应的进行，进而达到抗高温氧化的作用。而如何形成这层连续致密的保护膜已成为国内外学者研究的热点之一。并且，热障涂层在服役过程中，不可避免将发生热腐蚀行为。热腐蚀发生后，氧化膜将逐渐失去保护能力，热腐蚀产生的疏松多孔的腐蚀产物将使得热障涂层体系中的应力急剧增大，导致陶瓷隔热层剥落。热腐蚀被认为是一种加速的氧化反应。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法。本专利技术是通过在MCrAlY涂层表面进行Al
‑
Cr共渗，内扩散形成改性铝化物涂层。该涂层外层富Al，可较快形成Al2O3保护膜，提高涂层抗氧化性能；内层富Cr，可提高涂层的抗热腐蚀能力，并可减轻MCrAlY涂层与铝化物的互扩散，促进Al2O3膜的形成。
[0004]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0005]一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层，包括由内至外依次设置在基体合金上的MCrAlY粘结层、Al
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Cr共渗层和ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层，M＝Ni或Co或Ni+Co。
[0006]本专利技术进一步的改进在于，所述的Al
‑
Cr共渗层为在MCrAlY粘结层表面进行Al
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Cr共渗，内扩散形成内层富Cr的改性铝化物涂。
[0007]本专利技术进一步的改进在于，MCrAlY粘结层、Al
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Cr共渗层、陶瓷层的厚度范围分别为50～150μm、5～30μm、300～600μm。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，MCrAlY粘结层的化学成分可调，控制在与基体合金Ni、Co、Cr、Al或Y元素含量相近。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，MCrAlY粘结层采用超音速火焰喷涂或大气等离子喷涂方法制备，Al
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Cr共渗层采用一步法共渗制备，ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层采用大气等离子喷涂方法制备。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，制备MCrAlY粘结层时，所述的超音速火焰喷涂工艺参数中：空气压力为0.5～1.2MPa，燃料压力为0.6～1.5MPa，送粉气体压力为0.8～1.5MPa，送
粉速度为30～80g/min，喷涂距离为200～400mm，喷枪移动速度为80～200mm/s；所述的大气等离子喷涂工艺参数中：电压为70～100V，电流为400～600A，主气和副气压力为0.4～1.2MPa，送粉气体流量为10～50L/min，喷涂距离为100～200mm，喷枪行走速度为200～500mm/s，其中燃料为丙烷和氧气，送粉气体为N2。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，制备Al
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Cr共渗层时，共渗剂中Cr和Al的含量比为20％～40％:79％～56％，外加1％～4％NH4Cl活化剂；工艺温度为700～900℃，保温时间为12～20h。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，制备ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层时，电压为50～100V，电流为400～600A，主气和副气压力为0.4～0.8MPa，送粉气体流量为4～8L/min，喷涂距离为100～150mm，行走速度为20～50mm/s，送粉气体为N2。
[0013]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0014]本专利技术提供的一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层及制备方法，通过在MCrAlY涂层表面进行Al
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Cr共渗，内扩散形成内层富Cr的铬改性铝化物涂层。该Al
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Cr共渗层可有效改善MCrAlY粘结层的抗高温氧化性能和热腐蚀性能，并且可防止富镍β相在快冷中发生马氏体转变，减缓涂层性能退化；本专利技术的热障涂层生产工艺简单、效率高、性能优异且稳定，适合规模化应用于航空发动机、燃气轮机的热端部件。
附图说明
[0015]图1为一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层样品。
具体实施方式
[0016]下面将详细地描述本公开的示例性实施例。然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0017]本专利技术提供的一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层，包括由内至外依次设置在基体合金上的MCrAlY粘结层、Al
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Cr共渗层和ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层，M＝Ni或Co或Ni+Co。
[0018]所述的Al
‑
Cr共渗层为在MCrAlY粘结层表面进行Al
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Cr共渗，内扩散形成内层富Cr的改性铝化物涂。MCrAlY粘结层、Al
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Cr共渗层、陶瓷层的厚度范围分别为50～150μm、5～30μm、300～600μm。
[0019]MCrAlY粘结层的化学成分可调，控制在与基体合金Ni、Co、Cr、Al或Y元素含量相近。
[0020]MCrAlY粘结层采用超音速火焰喷涂或大气等离子喷涂方法制备，Al
‑
Cr共渗层采用一步法共渗制备，ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层采用大气等离子喷涂方法制备。
[0021]制备MCrAlY粘结层时，所述的超音速火焰喷涂工艺参数中：空气压力为0.5～1.2MPa，燃料压力为0.6～1.5MPa，送粉气体压力为0.8～1.5MPa，送粉速度为30～80g/min，喷涂距离为200～400mm，喷枪移动速度为80～200mm/s；所述的大气等离子喷涂工艺参数中：电压为70～100V，电流为400～600A，主气和副气压力为0.4～1.2MPa，送粉气体流量为
10～50L/min，喷涂距离为100～200mm，喷枪行走速度为200～500mm/s，其中燃料为丙烷和氧气，送粉气体为N2。
[0022]制备Al
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Cr共渗层时，共渗剂中Cr和Al的含量比为20％～40％:7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层，其特征在于，包括由内至外依次设置在基体合金上的MCrAlY粘结层、Al
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Cr共渗层和ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层，M＝Ni或Co或Ni+Co。2.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层，其特征在于，所述的Al
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Cr共渗层为在MCrAlY粘结层表面进行Al
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Cr共渗，内扩散形成内层富Cr的改性铝化物涂。3.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层，其特征在于，MCrAlY粘结层、Al
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Cr共渗层、陶瓷层的厚度范围分别为50～150μm、5～30μm、300～600μm。4.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层，其特征在于，MCrAlY粘结层的化学成分可调，控制在与基体合金Ni、Co、Cr、Al或Y元素含量相近。5.权利要求1至4中任一项所述的一种抗高温氧化和热腐蚀热障涂层的制备方法，其特征在于，MCrAlY粘结层采用超音速火焰喷涂或大气等离子喷涂方法制备，Al
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Cr共渗层采用一步法共渗制备，ZrO2‑
6～8Y2O3陶瓷层采用大气等离子喷涂方法制备。6.根据权利要求5所述的一种抗高温氧化和热腐蚀热障...

【专利技术属性】
技术研发人员：南晴，肖俊峰，唐文书，高斯峰，李永君，张炯，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：