一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及高温防护涂层技术领域，具体为一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层及制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层及制备方法


[0001]本专利技术涉及高温防护涂层
，特别提供了一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层及制备方法
。

技术介绍

[0002]MCrAlY
涂层是
80
年代发展起来的第三代高温防护涂层，具有良好的综合性能，因此它既可以作为单独的高温防护涂层使用，也可以作为热障涂层体系中的粘结层来使用
。MCrAlY
能够提供充足的
Al
源，在与陶瓷隔热层界面处形成具有保护性的
Al2O3膜
。
在涂层表面氧化膜保持完整的情况下，涂层中抗氧化性元素的消耗主要是因为涂层
/
基体互扩散
。
涂层中
Al
元素向合金中扩散，加速涂层的退化，降低涂层服役寿命，同时也会降低基体合金的服役寿命
。
例如施加
(Ni,Pt)Al
涂层的四代单晶的高温蠕变寿命仅为原合金的
14
％
。
因此抑制涂层与合金之间的互扩散将会对提高涂层寿命有着重要的意义
。
为减缓互扩散，目前主要有三种方法：
(1)
扩散障
。
扩散障目前主要有以
Ni
‑
Re
为代表的金属扩散障
[
参见文献：郭洪波，李婧晨，何健，魏亮亮，高温合金表面致密型富
Re
阻扩散涂层的制备方法，专利公开号：
CN113789557A]，以
CrN
为代表的陶瓷扩散障
[
参见文献：耿树江，赵茂森，一种包含
CrN
扩散障层的导电复合涂层及制备方法，专利公开号：
CN108588662A]，以及以
NiCrO
为代表的新型反应活性扩散障
[
参见文献：王福会，朱圣龙，王文，于萍，王世臣，一种包含镍
‑
铬
‑
氧活性扩散障层的高温涂层及制备方法，专利公开号：
CN104401089A]。(2)
纳米晶涂层，使涂层的成分尽量与合金保持一致，但随着高温合金的发展，合金内部的
Al
含量一般不超过
8wt.
％，较低的
Al
含量无法长时间维持外部
Al2O3膜的生成，且在高温热暴露过程中纳米晶会迅速长大
[
参见文献：
WANG J,CHEN M,YANG L,et al.The effect of yttrium addition on oxidation of a sputtered nanocrystalline coating with moderate amount of tantalumin composition[J].Applied Surface Science,2016,366:245
‑
53.]。(3)
相平衡涂层，但是相平衡涂层存在长期抗氧化性能不足的缺点
[
参见文献：
KAWAGISHI K,SATO A,HARADAH.Aconcept for the EQ coating systell for nickel
‑
based superalloys[J].The Journal of The Minerals,Metals&Materials Society,2008,60(7):31
‑
5.]。
但是目前报道的扩散障还存在各种问题
。
金属扩散障高温稳定性较差；陶瓷扩散障和活性扩散障均存在陶瓷与金属界面结合力弱的缺点，在服役过程中易发生剥落
。
且三种扩散障均存在制备工艺复杂，引入多个界面的缺点
。
因此需发展新型高温防护涂层解决涂层与基体互扩散形成有害相的问题
。
[0003]基于碳化物在高温下能够稳定存在，若能将
MCrAlY
涂层中部分元素碳化，弥散的碳化物陶瓷颗粒将会抑制涂层与基体之间的互扩散
。
常规碳化物强化金属陶瓷涂层的制备需要对涂层原始材料进行混料
、
高温烧结和研磨等前处理，制备工艺复杂
[
参见文献：
[1]姚海龙，纪岗昌，张梦贤，陈清宇，王洪涛，白小波，一种碳化钨
‑
碳化铬
‑
镍复合粉末及其制备方法和金属陶瓷涂层及其制备方法，专利公开号：
CN112795861A
；
[2]陈枭，李承娣，徐顺建，张小伟，简辉华，胡瑶，一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收复合涂层的制备方法，
专利公开号：
CN109825829A]。
本专利技术采用真空物理气相沉积技术，在涂层的制备过程中将部分合金元素碳化，达到形成纳米碳化物颗粒弥散分布以及碳元素填隙的效果，以达到抑制涂层中合金元素向基体扩散形成针状相的作用
。
采用真空离子镀方法具有沉积效率高
、
膜基结合力强
、
制备工艺简单等独特优势，是制备本专利技术涂层的优选技术
。

技术实现思路

[0004]为了解决传统
MCrAlY
涂层与镍基高温合金互扩散形成针状相，从而降低单晶高温合金力学性能的问题，以及传统碳化物强化金属陶瓷制备工艺复杂的问题，本专利技术提供了一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层及制备方法
。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层，该涂层由碳填隙的镍基
、
钴基或镍钴基合金和弥散分布的纳米碳化物颗粒组成
。
[0007]作为优选的技术方案：
[0008]所述涂层的化学成分为：镍0～
75wt.
％
、
钴0～
75wt.
％
、
铬
8wt.
％～
32wt.
％
、
铝
6wt.
％～
16wt.
％
、
碳
0.4wt.
％～
3.5wt.
％
、
总量不超过
5wt.
％的其他金属组元；其他金属组元为稀土元素
、
铪
、
锆
、
钛
、
硅
、
钽
、
铼
、
钌中的一种或多种组合
。
[0009]进一步优选为：所述涂层中镍和钴的质量分数之和为
60wt.
％～
75wt.
％，铬和铝的质量分数之和为
20wt.
％～
35wt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种与镍基合金界面不形成针状相的涂层，其特征在于：所述涂层由碳填隙的镍基
、
钴基或镍钴基合金和弥散分布的纳米碳化物颗粒组成
。2.
按照权利要求1所述与镍基合金界面不形成针状相的涂层，其特征在于，所述涂层化学成分为：镍0～
75wt.
％
、
钴0～
75wt.
％
、
铬
8wt.
％～
32wt.
％
、
铝
6wt.
％～
16wt.
％
、
碳
0.4wt.
％～
3.5wt.
％
、
总量不超过
5wt.
％的其他金属组元；所述其他金属组元为稀土元素
、
铪
、
锆
、
钛
、
硅
、
钽
、
铼
、
钌中的一种或多种组合
。3.
按照权利要求2所述与镍基合金界面不形成针状相的涂层，其特征在于：镍和钴的质量分数之和为
60wt.
％～
75wt.
％，铬和铝的质量分数之和为
20wt.
％～
35wt.
％
。4.
按照权利要求1所述与镍基合金界面不形成针状相的涂层，其特征在于：所述涂层的主相为体积分数为
60
％～
95
％的
L12面心立方结构
A3B
型化合物相
。5.
按照权利要求1所述与镍基合金界面不形成针状相的涂层，其特征在于：所述纳米碳化物颗粒成分主要为铬的碳化物，其尺寸为
10
～
80nm
，铬的碳化物占涂层体积分数的5％～
30
％
。6.
按照权利要求1或5所述与镍基合金界面不形成针状相的涂层，其特征在于：所述纳米碳化物颗粒含有占涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈明礼，王伟，朱圣龙，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：