一种高温合金用三层粘结层合金及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高温合金用三层粘结层合金及其应用，属于材料表面改性和涂层技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金用三层粘结层合金及其应用


[0001]本专利技术属于材料表面改性和涂层
，具体涉及一种高温合金用三层粘结层合金及其应用
。

技术介绍

[0002]燃气轮机是一种以连续流动气体作为工作物质，将燃料
(
燃油或天然气
)
燃烧释放的热能转化为机械能的旋转式动力机械
。
较高的能量转换效率及较大的推力输出使其成为各种严重依赖机械驱动的工业装备的动力源，广泛的应用于飞机
、
舰船和坦克推进，火力发电以及石油化工等行业
。
值得注意的是，虽然能满足各种应用需求的燃气轮机的型号有多种多样，但燃气轮机的结构组成和工作过程大都是相同的
。
现代燃气轮机主要由三大部件构成，分别为压气机，燃烧室和涡轮机
。
其工作过程可简单的描述为压气机连续不断地从外界环境中吸入空气并压缩从而产生具有较高压力的压缩空气
。
然后，从压气机出来的压缩空气进入到燃烧室与燃料进行掺混后点火燃烧产生高温高压燃气
。
最后，从燃烧室喷出的高温高压燃气推动涡轮叶片做功
。
[0003]更高的效率可以使燃气轮机获得更大的推力并降低成本的投入以及二氧化碳等污染气体的排放，因此是燃气轮机永恒的追求目标
。
目前先进燃气轮机涡轮前端进口处的燃气温度已经超过了
2000K。
较高的燃气温度对燃气轮机燃烧室及涡轮机等热端部件所用材料的耐高温能力提出了巨大挑战r/>。
由于目前高性能燃机的燃气温度已经超高了热端部件所用单晶高温合金材料的极限工作温度，在此基础上之上如果想进一步提高燃气温度就必须对热端部件进行隔热处理
。
热障涂层技术
(TBCs)
技术是将导热系数相对较低的陶瓷材料涂覆于高温工件的表面，通过其良好的隔热性能实现工件表面温度显著降低的效果
。TBCs
技术工艺灵活，成本低廉，隔热效果还比较好
。
由于陶瓷隔热材料与热端部件所用的高温合金材料之间热机械性能的巨大差异，通过单纯的将一层陶瓷材料直接涂敷在工件的表面而制成的
TBCs
难以承受燃气轮机的极端高温，高应力和腐蚀的工况条件
。
因此，通常将
TBCs
制成一个多层结构体系，每一层具有特定的材料组成和性能
。
当前的
TBCs
体系主要由四部分构成，分别为陶瓷顶层，粘结层，
TGO
层以及基体层
。
粘结层是陶瓷顶层与高温合金基体之间的一层过渡合金层
。
其作用主要有三个
。
第一是缓解陶瓷顶层与高温合金基体之间的热膨胀差异，抑制因热膨胀不匹配应力较大而导致的陶瓷顶层剥落失效
。
第二是为陶瓷顶层提供一个较强的结合界面，使其能够牢固的黏附在工件表面而不至于脱落
。
第三个作用是为基体层提供一个环境屏障，防止高温燃气与高温合金基体直接接触，从而抑制高温合金基体氧化或腐蚀损伤的发生
。
[0004]值得注意的是，当前广泛采用的粘结层为
MCrAlY(M
为
Ni,Co
或两者的混合
)
合金粘结层
。MCrAlY(M
为
Ni,Co
或两者的混合
)
合金粘结层在使用过程中暴露出的以下两方面问题严重限制了其发展
。
首先是
MCrAlY
粘结层内的
Al
元素供应不足问题
。
当
Al
元素难以持续供应时会降低粘结层的抗氧化性
。
其次，
MCrAlY
粘结层与基体合金元素组成及含量存在较大差异易引发元素互扩散，导致基体合金力学性能的恶化
。
关于如何同时减少粘结层与基体
之间的互扩散并提高粘结层的抗氧化性能及是当前先进粘结层制备面临的一个重要问题
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高温合金用三层粘结层合金及其应用，能够在提高粘结层抗高温氧化能力的同时，减少粘结层与基体合金因互扩散产生有害相的可能
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种高温合金用三层粘结层合金，该高温合金用三层粘结层合金为三层合金结构，底层的合金成分以质量百分比计组分如下：
Al
为
8.9
％
‑
9.4
％，
Co
为
7.5
％
‑
8.0
％，
W
为
4.9
％
‑
5.4
％，
Ta
为
4.4
％
‑
4.9
％，
Cr
为
2.6
％
‑
3.1
％，
Ti
为
1.4
％
‑
1.6
％，
Mo
为
≤0.2wt
％，
Hf
为
≤0.2
％，其余为
Ni
；
[0008]中间层的合金成分以质量百分比计组分如下：
Al
为
12.4
％
‑
12.9
％，
Co
为
8.4
％
‑
8.9
％，
Cr
为
4.1
％
‑
4.6
％，
W
为
3.0
％
‑
3.5
％，
Ta
为
3.0
％
‑
3.5
％，
Ti
为
1.0
％
‑
1.2
％，
Mo
为
≤0.1
％，
Hf
为
≤0.1
％，其余为
Ni
；
[0009]顶层的合金成分以质量百分比计组分如下：
Al
为
19.0
％
‑
19.5
％，
Co
为
10.0
％
‑
10.5
％，
Cr
为
6.9
％
‑
7.4
％，
Ta
为
0.8
％
‑
1.0
％，
Ti
为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温合金用三层粘结层合金，其特征在于，该高温合金用三层粘结层合金为三层合金结构，底层的合金成分以质量百分比计组分如下：
Al
为
8.9
％
‑
9.4
％，
Co
为
7.5
％
‑
8.0
％，
W
为
4.9
％
‑
5.4
％，
Ta
为
4.4
％
‑
4.9
％，
Cr
为
2.6
％
‑
3.1
％，
Ti
为
1.4
％
‑
1.6
％，
Mo
为
≤0.2wt
％，
Hf
为
≤0.2
％，其余为
Ni
；中间层的合金成分以质量百分比计组分如下：
Al
为
12.4
％
‑
12.9
％，
Co
为
8.4
％
‑
8.9
％，
Cr
为
4.1
％
‑
4.6
％，
W
为
3.0
％
‑
3.5
％，
Ta
为
3.0
％
‑
3.5
％，
Ti
为
1.0
％
‑
1.2
％，
Mo
为
≤0.1
％，
Hf
为
≤0.1
％，其余为
Ni
；顶层的合金成分以质量百分比计组分如下：
Al
为
19.0
％
‑
19.5
％，
Co
为
10.0
％
‑
10.5
％，
Cr
为
6.9
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，孟国辉，刘梅军，张凯荣，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：