一种提升(γ制造技术

本发明专利技术属于金属防护涂层技术领域，涉及一种提升(γ

【技术实现步骤摘要】
一种提升(
γ
’
+
γ
)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法


[0001]本专利技术属于金属防护涂层和表面改性
，涉及一种提升(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法。

技术介绍

[0002]热障涂层是提高先进航空发动机涡轮叶片承温能力的关键技术之一，金属粘结层作为热障涂层体系中至关重要的一环，直接决定整个涂层系统的服役寿命。目前已经获得应用的金属粘结层MCrAlY(M：Ni，Co等)和β
‑
NiPtAl尽管具有优异的抗氧化性能，但在高温下与叶片单晶合金发生界面元素互扩散现象，严重影响合金基体力学性能，已难以满足先进航空发动机的应用需求，发展与单晶合金界面相容匹配的新型金属粘结层材料迫在眉睫。
[0003](γ
’
+γ)双相Ni
‑
Al合金是一种非常有前景的新型金属粘结层候选材料。然而，一方面，传统(γ
’
+γ)涂层采用电镀铂和真空热处理的工艺制备，其抗氧化性能受合金成分影响较大，无法作为通用的粘结层材料；另一方面，(γ
’
+γ)NiAl体系中较低的Al含量势必影响其抗高温氧化性能。因此，亟需从制备方法和后处理工艺等方面对(γ
’
+γ)双相Ni
‑
Al体系进行研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：针对现有(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层在1100℃服役寿命显著降低的问题，本专利技术提供一种提升(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法。
[0005]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]提供一种提升(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]第一步、高温合金基体试样预处理：
[0008]采用SiC砂纸打磨基体试样，后进行喷砂处理，将喷砂后的试样用超声清洗，烘干；
[0009]第二步、采用电子束物理气相沉积方法制备(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层：
[0010]所述(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层成分原子含量百分比为：10～30％Al，0.05～2％X，其余为Ni，X为Hf、Zr和Y中的一种或几种；
[0011]2.1、准备蒸发靶材：
[0012]根据成分计量称重准备高纯原料，清洗烘干后在真空度1
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑2Pa，电流650
‑
950A的条件下进行真空感应熔炼制备(γ
’
+γ)NiAlX铸锭；
[0013]随后对铸锭进行温度为1200
±
50℃，时间为20
‑
24h，真空度1
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑2Pa的均匀化退火处理；
[0014]将退火处理后的铸锭切成要求尺寸的靶材；
[0015]2.2、沉积(γ
’
+γ)NiAlX涂层：
[0016]将第一步预处理后的高温合金基体安装在电子束物理气相沉积设备内旋转夹具
上，加热基体的电流为0.15
‑
0.25A，蒸发靶材的电流为1.1
‑
1.5A，基体温度控制在800
‑
900℃之间，电压为15
‑
18KV，夹具转速为10
‑
15r/min，真空度1
×
10
‑3Pa～9
×
10
‑3Pa，沉积时间30
‑
60min；
[0017]第三步、对真空热处理后的涂层进行激光冲击处理，具体步骤为：
[0018]3.1、激光预处理：在(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层表面涂覆一层吸收层和约束层；
[0019]3.2、激光冲击处理具体工艺参数为：选用纳秒激光器，波长1064nm，脉宽20ns，脉冲能量2
‑
6J，光斑直径3mm，搭接率为30％、50％或75％；
[0020]本专利技术的搭接率能使激光能量分布更加均匀；且有重叠能够增大激光产生的冲击波，作用效果(如位错密度提升，晶粒细化等)更加明显。
[0021]第四步、将所得涂层放入真空热处理炉中进行真空热处理：
[0022]真空热处理参数为：温度600
‑
800℃，时间2
‑
4h，真空度1
×
10
‑3Pa～9
×
10
‑3Pa。
[0023]所述的高温合金可以为镍基高温合金K3、定向凝固高温合金DZ125或单晶高温合金N5、DD6。
[0024]第一步中依次用400#和800#的SiC砂纸打磨试样，用液体喷砂机进行喷砂处理，超声清洗采用丙酮，时间10
‑
20min。
[0025]步骤2.1中清洗烘干具体操作：将高纯原料先在酒精中超声波清20～30min，然后再放入烘箱中干燥20～30min，烘箱温度为100
‑
120℃；高纯原料纯度均为99.9wt.％。
[0026]第一步所述的喷砂砂粒为100
‑
200目石英砂，喷砂压力2
‑
3bar，喷砂时间10
‑
15s。
[0027]第二步所述(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层的厚度为80
‑
120μm，涂层各元素实际含量与设计含量偏差小于2wt.％。
[0028]第三步所述的激光冲击强化中圆形光斑沿水平方向由上至下逐层制造，光斑扫描模式为蛇形扫描。
[0029]步骤3.1中所述吸收层材料为厚度0.1mm的黑色胶带，约束层材料为厚度1.5mm的流动水。
[0030]优选地，步骤2.1中采用线切割的方法切割铸锭。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032](1)通过本专利技术的激光冲击强化工艺可以获得位错密度增殖、晶粒细化以及活性元素弥散分布的(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层。
[0033]通过本专利技术的真空热处理制度能够消除涂层制备过程以及激光冲击强化过程产生的残余应力，同时保留晶粒细化和位错增殖的特点。
[0034](2)本专利技术的方法将常规在激光冲击强化之前的热处理工序进行后移，并经过分析与实验验证，得到了适用于本专利技术的(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层的真空热处理制度。
[0035]涂层位错密度增殖和晶粒细化为铝元素向外扩散提供额外通道，降低形成氧化铝所需的临界铝含量，进而能够提高涂层的抗氧化性能。涂层内部残余压应力使涂层氧化速率增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层抗高温氧化性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步、高温合金基体试样预处理：采用SiC砂纸打磨基体试样，后进行喷砂处理，将喷砂后的试样用超声清洗，烘干；第二步、采用电子束物理气相沉积方法制备(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层：所述(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层成分原子含量百分比为：10～30％Al，0.05～2％X，其余为Ni，X为Hf、Zr和Y中的一种或几种；2.1、准备蒸发靶材：根据成分计量称重准备高纯原料，清洗烘干后在真空度1
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑2Pa，电流650
‑
950A的条件下进行真空感应熔炼制备(γ
’
+γ)NiAlX铸锭；随后对铸锭进行温度为1200
±
50℃，时间为20
‑
24h，真空度1
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑2Pa的均匀化退火处理；将退火处理后的铸锭切成要求尺寸的靶材；2.2、沉积(γ
’
+γ)NiAlX涂层：将第一步预处理后的高温合金基体安装在电子束物理气相沉积设备内旋转夹具上，加热基体的电流为0.15
‑
0.25A，蒸发靶材的电流为1.1
‑
1.5A，基体温度控制在800
‑
900℃之间，电压为15
‑
18KV，夹具转速为10
‑
15r/min，真空度1
×
10
‑3Pa～9
×
10
‑3Pa，沉积时间30
‑
60min；第三步、对真空热处理后的涂层进行激光冲击处理，具体步骤为：3.1、激光预处理：在(γ
’
+γ)NiAlX防护涂层表面涂覆一层吸收层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周邦阳，李彰，崔永静，王长亮，郭孟秋，宇波，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：