【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于防护涂层，特别是涉及一种用于涡轮导向叶片的热障涂层及其复合工艺。
技术介绍
1、涡轮导向叶片服役环境恶劣，长期经受高温燃气的冲击和侵蚀。为了提高涡轮导向叶片的服役寿命和可靠性，叶片内部采用气膜冷却结构，外表面涂覆热障涂层。涡轮导向叶片外表面热障涂层由抗氧化性能良好的mcraly金属粘结底层和低导热系数的ysz陶瓷面层组成。mcraly金属粘结底层以β-nial相为主，ysz陶瓷面层主要是zro2·y2o3。目前制备热障涂层主流工艺有热喷涂和物理气相沉积两种，两种方法各有其优缺点，热喷涂工艺制备热障涂层的优点是工艺简单、生产效率高、成本低，隔热效果好，缺点是制备的涂层是层状结构，涂层的抗冷热循环能力较差；物理气相沉积工艺制备的热障涂层优点是涂层的组织是柱状晶结构，涂层的抗冷热循环能力好，缺点是生产效率低、成本高、涂层的隔热效果较差。
2、在制备高压涡轮导向叶片热障涂层中，两种制备工艺都已进入批量应用，但在叶片涂层使用过程中，由于各自工艺制备涂层的特点，存在如下问题：
3、热喷涂制备高压涡轮导向叶片热障涂层的底层一般为超音速火焰喷涂mcraly粘结层，面层为等离子喷涂ysz陶瓷面层，因其工艺特点，涂层能够均匀的覆盖叶片的叶身和缘板，涂层较厚，组织为层状结构，隔热效果好，但涂层表面粗糙度较高，在使用过程中容易附着cmas(cao-mgo-al2o3-sio2)环境沉积物，堵塞气膜孔，层状结构的组织内应力较高，抗冷热循环能力较差，使用一定周期后，叶身涂层经常出现大面积脱落的现象。
4、物
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于涡轮导向叶片的热障涂层及其复合工艺。采用本专利技术的技术，即先将叶身使用工装保护起来，在缘板上热喷涂制备mcraly/ysz热障涂层，再使用工装将缘板部位保护起来，在叶身上物理气相沉积制备mcraly/ysz热障涂层，使用热喷涂的方法制备厚且隔热效果好的热障涂层，能够有效的保护缘板，防止开裂；使用物理气相沉积给叶身涂覆热障涂层，能有效减少热障涂层的脱落，防止堵孔和表面cmas环境沉积物的附着，采用此复合工艺制备高压涡轮导向叶片热障涂层，可以显著提升叶片的服役寿命。
2、本专利技术的要点在于涡轮导向叶片复合工艺制备热障涂层及方法；复合工艺由热喷涂和物理气相沉积组成。首先将叶身使用工装保护起来，对缘板进行干吹砂前处理后采用超音速火焰喷涂涂覆mcraly底层，采用等离子喷涂制备ysz陶瓷面层；再将缘板保护起来，对叶身进行湿吹砂前处理后采用多弧离子镀涂覆mcraly底层，采用电子束物理气相沉积ysz陶瓷面层。
3、综上，涡轮导向叶片缘板防护涂层由超音速火焰喷涂mcraly底层和等离子喷涂ysz面层组成，叶身防护涂层由多弧离子镀mcraly底层和电子束物理气相沉积ysz面层组成。
4、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，由mcraly底层和ysz陶瓷面层组成，其中mcraly底层成分以质量百分比计为18％～23％cr，9％～13.5％al，0.6％～1.2％y，其余为ni；ysz陶瓷面层的成分以质量百分比计为掺杂6％～9％y2o3的zr2o3。
6、所述涡轮导向叶片的缘板处热障涂层，采用超音速火焰方式喷涂mcraly底层、等离子喷涂方式喷涂ysz陶瓷面层；其中，缘板热障涂层中mcraly底层厚100μm～150μm，ysz陶瓷面层厚度为200μm～300μm。
7、所述涡轮导向叶片的叶身处热障涂层，采用多弧离子镀涂覆mcraly底层、电子束物理气相沉积ysz陶瓷面层；其中叶身热障涂层中mcraly底层厚度为40μm～70μm，ysz陶瓷面层厚度为100μm～200μm。
8、所述缘板处热障涂层的涂层组织为层状结构，孔隙率为6％～10％；1100℃涂层的热导率为1.212w/(m·k)～1.294w/(m·k)；
9、所述叶身处热障涂层的涂层组织为柱状晶结构，1100℃抗冷热循环性能比同厚度的层状结构提升50％以上。
10、所述用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
11、步骤1.对涡轮导向叶片的叶身进行工装保护；
12、步骤2.对涡轮导向叶片缘板面进行干吹砂处理；
13、步骤3.采用超音速火焰喷涂工艺制备缘板mcraly底层；
14、步骤4.采用等离子喷涂工艺制备缘板ysz陶瓷面层；
15、步骤5.对涡轮导向叶片的缘板进行工装保护；
16、步骤6.对涡轮导向叶片叶身进行湿吹砂处理，活化零件表面；
17、步骤7.采用多弧离子镀工艺制备叶身mcraly底层；
18、步骤8.采用电子束物理气相沉积叶身ysz陶瓷面层。
19、所述步骤1和步骤5中的工装保护均采取自动化喷涂工装。
20、所述步骤2中，干吹砂处理过程中，吹砂的磨料为白刚玉砂磨料，磨料粒度为36目～80目，风压为0.20mpa～0.40mpa，吹砂距离：80mm～150mm，吹砂角度：60°～75°。
21、所述步骤3中，超音速火焰喷涂的工艺参数为：氧气压力150±10psi，氧气流量1200±50scfh，燃料压力120±10psi，燃料流量7.0±2scfh，送粉速率120g/min～130g/min，喷涂距离350mm～370mm，喷涂角度75°～90°；
22、所述步骤4中，等离子喷涂的工艺参数为：主气为ar，流量40±5nlpm；次气为h2，流量为15±2nlpm；电流550±10a，送粉速率80±10g/min，喷涂距离90mm～110mm，喷涂角度75°～90°；
23、所述步骤6中，湿吹砂过程中的工艺参数为：磨料为白刚玉砂，其粒度为180目～230目；白刚玉砂含量20±10％，风压0.15±0.2mpa，吹砂距离为180mm～250mm；
24、所述湿吹砂完成后，需要对叶片叶身依次进行去离子水超声清洗、丙酮溶液浸洗、烘干。
25、所述步骤7中，多弧离子镀工艺主要包括离子清理工艺和沉积工艺；其中离子清理工艺参数为：偏压电压u＝500v～700v，电弧电流i＝70a±2a，占空比d＝25％～45％；沉积本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，其特征在于，由MCrAlY底层和YSZ陶瓷面层组成，其中MCrAlY底层成分以质量百分比计为18％～23％Cr，9％～13.5％Al，0.6％～1.2％Y，其余为Ni；YSZ陶瓷面层的成分以质量百分比计为掺杂6％～9％Y2O3的Zr2O3；
2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，其特征在于，所述缘板热障涂层中MCrAlY底层厚100μm～150μm，YSZ陶瓷面层厚度为200μm～300μm；
3.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，其特征在于，叶身热障涂层中MCrAlY底层厚度为40μm～70μm，YSZ陶瓷面层厚度为100μm～200μm；
4.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤2中，干吹砂处理过程中，吹砂的磨料为白刚玉砂磨料，磨料粒度为36目～80目，风压为0.20MPa～0.40MPa，吹砂距离：80mm～150mm
6.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤3中，超音速火焰喷涂的工艺参数为：氧气压力150±10PSI，氧气流量1200±50SCFH，燃料压力120±10PSI，燃料流量7.0±2SCFH，送粉速率120g/min～130g/min，喷涂距离350mm～370mm，喷涂角度75°～90°。
7.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤4中，等离子喷涂的工艺参数为：主气为Ar，流量40±5NLPM；次气为H2，流量为15±2NLPM；电流550±10A，送粉速率80±10g/min，喷涂距离90mm～110mm，喷涂角度75°～90°。
8.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤6中，湿吹砂过程中的工艺参数为：磨料为白刚玉砂，其粒度为180目～230目；白刚玉砂含量20±10％，风压0.15±0.2MPa，吹砂距离为180mm～250mm；
9.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤7中，多弧离子镀工艺主要包括离子清理工艺和沉积工艺；其中离子清理工艺参数为：偏压电压U＝500V～700V，电弧电流I＝70A±2A，占空比D＝25％～45％；沉积工艺参数为：偏压电压U＝200V～275V，电弧电流I＝70A±2A，占空比D＝10％～30％。
10.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤8中，电子束物理气相沉积包括离子清理工艺和沉积工艺；其中，离子清理工艺参数为：氩气压强P＝0.04MPa～0.06MPa，氩气流量L＝36ml/min～38ml/min，清理时间t＝10±2min；沉积工艺参数为：主真空室压强不大于1.0×10-3torr，电子枪电压为17kV～20kV，靶材加热电流为1.2A～1.5A，工件转速为15r/min，基体温度为900℃～950℃，通氧量为200±10ml/min。
...【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，其特征在于，由mcraly底层和ysz陶瓷面层组成，其中mcraly底层成分以质量百分比计为18％～23％cr，9％～13.5％al，0.6％～1.2％y，其余为ni；ysz陶瓷面层的成分以质量百分比计为掺杂6％～9％y2o3的zr2o3；
2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，其特征在于，所述缘板热障涂层中mcraly底层厚100μm～150μm，ysz陶瓷面层厚度为200μm～300μm；
3.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层，其特征在于，叶身热障涂层中mcraly底层厚度为40μm～70μm，ysz陶瓷面层厚度为100μm～200μm；
4.根据权利要求1所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤2中，干吹砂处理过程中，吹砂的磨料为白刚玉砂磨料，磨料粒度为36目～80目，风压为0.20mpa～0.40mpa，吹砂距离：80mm～150mm，吹砂角度：60°～75°。
6.根据权利要求4所述的一种用于涡轮导向叶片的热障涂层的复合工艺，其特征在于，所述步骤3中，超音速火焰喷涂的工艺参数为：氧气压力150±10psi，氧气流量1200±50scfh，燃料压力120±10psi，燃料流量7.0±2scfh，送粉速率120g/min～130g/min，喷涂距离350mm～370mm，喷涂角度75°～90°。
7.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王博，梁莹，章凯，程玉贤，袁福河，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
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