【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单晶高温合金防护涂层，特别是涉及一种用于单晶高温合金防护的低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层及其制备方法。
技术介绍
1、单晶高温合金和先进的涂层技术是航空/舰船涡轮发动机的核心技术。单晶高温合金作为热端部件，不仅需要承受复杂的机械载荷，同时还需要承受苛刻环境下的氧化和腐蚀作用，因此表面要涂覆防护涂层。高温抗氧化/腐蚀涂层既可以作为防护涂层单独使用，也可以作为粘结层连接高温合金与陶瓷隔热层。目前，高温防护涂层主要包括mcraly型(m代表ni，co，fe或其组合)涂层和改性的铝化物涂层(如niptal涂层)。由于抗氧化和抗腐蚀的需要，两类涂层内铝含量(铝化物涂层)或铬含量(mcraly类涂层)会远超出高温合金基体内两元素的含量。上述情况就导致涂层的化学成分与微观组织与高温合金基体差异很大，在高温服役过程中高温防护涂层与合金会发生严重的互扩散现象。互扩散不仅会加速涂层内铝、铬等抗氧化元素的损耗，还会在合金一侧形成大量的tcp相，对高温合金的力学性能造成破坏。研究表明，由于界面元素互扩散的影响，第四代单晶合金tms-138的高温蠕变寿命缩短了86％，这将会严重影响高温合金部件的可靠性和耐用性。因此，开发具有低扩散、抗氧化的新型高温抗氧化涂层迫在眉睫。
2、镍基单晶高温合金内组织主要为γ/γ’两相组织，其中γ-ni相为母相，γ’-ni3al相为析出强化相。铝化物涂层内主要为β-nial相，涂层内铝活度高，在高温下会与基体间产生互扩散，致使靠近涂层一侧的基体由γ/γ’两相组织转变为β相或β+γ’相组织，在互扩
3、若涂层组织和相组成与高温合金基体相近，则互扩散现象将会大幅缓解。为与合金组织相近，涂层内组织需要保持为γ/γ’两相或γ’单相。但去除铬元素后，γ/γ’两相组织或单相γ’的涂层难以在高温下形成单一的氧化铝保护膜，涂层不具备优秀的高温抗氧化性能。
4、有研究证实将涂层的组织纳米化能够大幅提高γ/γ’涂层的抗高温氧化性能，但纳米晶组织在高温下难以长期维持，如何稳定纳米晶γ/γ’或γ’涂层的涂层组织成为提升该涂层高温氧化服役性能的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种适用于镍基单晶高温合金叶片防护的高温防护涂层及其制备方法，以解决上述现有技术中存在的问题。所述涂层具有纳米晶pt-γ’(pt掺杂的γ’-ni3al相)单相组织，并经过纳米氧化铝掺杂以稳定涂层组织。所述涂层具有优异的抗高温氧化性能，适用于镍基单晶高温合金叶片，且可显著减缓涂层与高温合金间的互扩散行为，避免在合金一侧形成二次反应区，保障了合金的力学性能不受影响。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术的技术方案之一：一种低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层，包括pt掺杂的γ’-ni3al相和al2o3相；所述pt掺杂的γ’-ni3al相为纳米晶结构。
4、其中，pt掺杂的γ'-ni3al相作为涂层的主要物相组织，pt掺杂的γ'-ni3al相是指pt原子掺杂到γ'-ni3al晶格中形成的固溶体；所述纳米尺度的al2o3相弥散均匀分布在涂层内；所述纳米尺度的al2o3相的晶粒粒径为5-50nm。
5、纳米晶结构可以为元素扩散提供大量快速扩散通道，有利于涂层内部的al元素向涂层顶部扩散以维持氧化膜的形成和生长。
6、进一步地，所述低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层所含元素包括ni、al、y、hf、o和pt。
7、进一步地，所述纳米晶的轴向尺寸小于50nm。
8、进一步地，按质量百分比计，涂层中各元素的含量范围，即涂层的化学成分组成为:al:7-12wt％，y:0.05-0.6wt％，hf:0.01-0.5wt％，o:0.5-3wt％，pt:4-20wt％，余量为ni；所述含量均为各元素在涂层中的平均含量。y元素的引入能够抑制氧化膜/涂层界面的孔洞形成和s元素的偏聚行为增强氧化膜的结合力；hf元素的引入能够在氧化膜晶界偏聚，促使氧化膜组织从等轴组织向柱状组织转变，减缓氧化膜的生长速率。
9、本专利技术的技术方案之二：一种上述低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层的制备方法，包括以下步骤：
10、先在合金基体表面沉积预制涂层，然后在所述预制涂层表面电镀pt层，再进行真空扩散退火，得到所述低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层；所述预制涂层为al2o3-ni3alhfy涂层。
11、进一步地，所述在合金基体表面沉积预制涂层包括：通过磁控溅射沉积预制涂层，沉积条件为：本底真空度<6×10-3pa；功率1-3kw；氩气分压0.1-0.2pa；氧气分压0.02-0.1pa；沉积温度180-220℃；预制涂层沉积厚度20-100μm。
12、进一步地，按质量百分比计，通过磁控溅射沉积预制涂层所用靶材的化学成分组成为：al:9-12wt％，y:0.05-0.6wt％，hf:0.01-0.5wt％，余量为ni。
13、进一步地，所述预制涂层的主要物相组织为γ'-ni3al相组织，所述γ'-ni3al相为纳米晶结构；所述al2o3相弥散均匀分布在预制涂层内。
14、通过控制磁控溅射的各项参数，可以使得到的预制涂层中的γ'-ni3al相为纳米晶结构；通过控制氧气分压可在预制涂层中得到弥散均匀分布的纳米尺度的al2o3相。
15、进一步地，在所述预制涂层表面电镀pt层包括：以纯铂或铂网为阳极进行电镀；镀液ph值为7-11；电镀温度为60-90℃；电流密度为1-5a/dm2；电镀pt层厚度为2-6μm。
16、进一步地，所述镀液的成分组成为：二亚硝基二氨铂7-15g/l，亚硝酸钠6-12g/l，柠檬酸钠10-20g/l，乙酸钠5-10g/l，其余为水。
17、进一步地，所述真空扩散退火包括：先加热至400-700℃保温2-4h(以去除镀层残留的氢气)，然后继续加热至1050-1200℃保温1-5h(使pt元素扩散至预制涂层内部，pt原子掺杂到γ'-ni3al晶格中，形成固溶体)。
18、进一步地，真空扩散退火后涂层的整体厚度为20-105μm(真空扩散退火过程中，pt层扩散到预制涂层中，形成一个整体涂层，厚度相较于真空扩散退火前的预制涂层+pt层有所降低)。
19、进一步地，所述合金基体为镍基单晶高温合金，包括：二代镍基单晶合金、三代镍基单晶合金或单晶金属间化合物。
20、本专利技术的技术方案之三：一种上述低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层在单晶高温合金防护中的应用。
21、进一步地，所述低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层作为单晶高温合金叶片的抗高温氧化/腐蚀防护涂层或热障涂层粘结层。
22、抗高温氧化/腐蚀防护涂层是指该涂层既具备抗高温氧化的作用，又具备抗腐蚀的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层，其特征在于，包括Pt掺杂的γ’-Ni3Al相和纳米尺度的Al2O3相；所述Pt掺杂的γ’-Ni3Al相为纳米晶结构。
2.如权利要求1所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层，其特征在于，所述低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层所含元素包括Ni、Al、Y、Hf、O和Pt。
3.一种如权利要求2所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，所述在合金基体表面沉积预制涂层包括：通过磁控溅射沉积预制涂层，沉积条件为：本底真空度<6×10-3Pa；功率1-3kW；氩气分压0.1-0.2Pa；氧气分压0.02-0.1Pa；沉积温度180-220℃；预制涂层沉积厚度20-100μm。
5.如权利要求4所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，通过磁控溅射沉积预制涂层所用靶材的化学成分组成为：Al:9-12wt％，Y:0.05-0.6wt
6.如权利要求3所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，在所述预制涂层表面电镀Pt层包括：以纯铂或铂网为阳极进行电镀；镀液pH值为7-11；电镀温度为60-90℃；电流密度为1-5A/dm2；电镀Pt层厚度为2-6μm。
7.如权利要求6所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，所述镀液的成分组成为：二亚硝基二氨铂7-15g/L，亚硝酸钠6-12g/L，柠檬酸钠10-20g/L，乙酸钠5-10g/L，其余为水。
8.如权利要求3所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，所述真空扩散退火包括：先加热至400-700℃保温2-4h，然后继续加热至1050-1200℃保温1-5h。
9.一种如权利要求1-2任一项所述的低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层在单晶高温合金防护中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述低扩散Pt-Al2O3改性纳米晶涂层作为单晶高温合金叶片的抗高温氧化/腐蚀防护涂层或热障涂层粘结层。
...【技术特征摘要】
1.一种低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层，其特征在于，包括pt掺杂的γ’-ni3al相和纳米尺度的al2o3相；所述pt掺杂的γ’-ni3al相为纳米晶结构。
2.如权利要求1所述的低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层，其特征在于，所述低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层所含元素包括ni、al、y、hf、o和pt。
3.一种如权利要求2所述的低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，所述在合金基体表面沉积预制涂层包括：通过磁控溅射沉积预制涂层，沉积条件为：本底真空度<6×10-3pa；功率1-3kw；氩气分压0.1-0.2pa；氧气分压0.02-0.1pa；沉积温度180-220℃；预制涂层沉积厚度20-100μm。
5.如权利要求4所述的低扩散pt-al2o3改性纳米晶涂层的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，通过磁控溅射沉积预制涂层所用靶材的化学成分组成为：al:9-12wt％，y:0.05-0.6wt％，hf:...
【专利技术属性】
技术研发人员：任盼，阳颖飞，李卫，黄勤英，肖勤，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：
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