【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温防护涂层，特别涉及一种适用于大气等离子喷涂制备的粘结层粉末材料及应用。
技术介绍
1、航空航天、能源动力等行业的发展对航空发动机和工业燃气轮机提出了更高的要求，要求热端部件在高温、腐蚀、磨损的条件下进行长期服役，这直接对燃气轮机热端部件的表面性能提出了更高的要求。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，为使高温叶片适应这种严酷的工作环境气膜冷却和应用热障涂层成为确保高温叶片满足服役条件的主要途径。热障涂层(thermal barrier coatings,tbcs)是一种起隔热作用的功能涂层，通常将导热系数相对较低的高熔点材料涂覆于高温工作部件的表面，从而避免高温工作介质直接作用在金属基体表面，成为高温介质加热金属基体表面的屏障，以良好的隔热性能降低金属部件表面的温度而对基体形成有效的保护，因此，热障涂层技术在航天航空、钢铁冶金、石油化工、机械制造、能源技术等领域获得了广泛的应用。热障涂层是由陶瓷隔热层、粘结层和高温合金基体组成，并通过粘结层与高温合金基体之间界面和粘结层与陶瓷隔热层之间界面构成完整的热障涂层体系。高温合金基体一般是由镍基或者钴基高温合金作为热端部件，其主要作用是承受力学载荷。陶瓷隔热层是热障涂层的主体，主要起隔热作用，通常是由氧化钇部分稳定的氧化锆(ysz)制成。粘结层是陶瓷隔热层与高温合金基体之间的一层过渡合金层，其主要作用为：第一是缓解陶瓷隔热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隔热层剥落失效；第二是为陶瓷隔热层提供一个较强的结合界
2、早期的粘结层会采用大气等离子喷涂，但大气等离子喷涂时粘结层粉末在等离子射流中与大气环境中的氧气接触发生剧烈的氧化反应，严重的氧化不仅导致粘结层成分发生改变，显著降低了al、cr等有益元素的含量，有益合金元素在涂层制备过程中被过度消耗，严重影响了后续服役过程中粘结层的抗氧化和热腐蚀性能，此外，氧化形成的大量氧化物沉积在涂层中，会显著降低沉积粒子间的冶金结合而形成大量未结合界面，这些界面在高温热处理中无法愈合而形成冶金结合，同时大量层状氧化夹杂在粘结层与陶瓷隔热层之间的界面层附近的粘结层中，切断了沿涂层厚度方向上的al元素的扩散通道，阻止了维持α-al2o3氧化膜稳定生长所需要的al元素的快速供给，从而无法形成α-al2o3膜，使得合金元素的保护效果差，如果用其做高温涡轮叶片热障涂层的粘结层，热障涂层会发生过早脱落而大大缩短其服役寿命，因此，现有技术中无法利用大气等离子喷涂制备出性能好的粘结层。
3、为克服大气等离子喷涂时的上述问题，发展了真空等离子喷涂技术和超音速火焰喷涂技术。真空等离子喷涂技术，又或称为低压等离子喷涂技术，是将等离子喷涂枪置于一个腔室内，在该腔室抽真空后充满惰性气体的气氛、或较低压力的惰性气氛中实施等离子喷涂，避免了喷涂中喷涂粒子的氧化，可以在受到惰性气体保护的不氧化的条件下制备高温合金涂层，涂层致密，在后续的氧化中可以形成连续的仿形性良好的保护性的α-al2o3氧化膜。然而，因喷涂腔室引入而显著增加了设备投资成本，同时，在腔室内喷涂，不仅零件的尺寸大小受到腔室尺寸的限制，而且为维持保护效果而连续供给保护性气体(如氩气)的需求又进一步增加了涂层制备成本，因此，真空等离子喷涂存在显著的涂层制备成本高的问题。超音速火焰喷涂技术，其是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气、或煤油等液体燃料与空气或者氧气在特殊的燃烧室内燃烧后经拉瓦尔型喷嘴中喷出而产生的高温、高速火焰来加热、加速喷涂粒子从而实现涂层沉积的一种技术。由于超音速火焰喷涂技术采用了特殊形状的拉瓦尔喷嘴，超音速火焰喷涂燃烧火焰射流速度可达1500m·s-1以上，较高的火焰射流速度使得喷涂粉末与火焰的接触时间大大缩短，由此超音速火焰喷涂形成的喷涂粒子加热温度低而速度高，因此被认为可使得喷涂粒子的氧化得到一定程度的有效控制。主要用于热障涂层修复时的高温合金涂层的低成本制造。然而，尽管超音速火焰喷涂粒子速度高，由于仍是在大气环境中制备，且燃气燃烧中存在使粒子氧化的活性氧，依然无法完全抑制氧化。同时，由于涂层沉积基于半融化粒子的高速碰撞沉积，熔化部分在沉积过程中会发生显著的飞溅，由此产生的飞溅小颗粒不仅氧化严重且与基体的结合较差，在后续氧化中难以从其下面的粒子中获得al元素补充，使其发生完全氧化，而增加了氧化膜的厚度，降低热障涂层的寿命；另外，半熔粒子的高速碰撞将造成较大颗粒的碰撞反弹，使得涂层的沉积效率很低，高成本的高温合金材料的利用率低，因而成本依然较高。
4、因此，在高温防护涂层
，如何设计一种粘结层粉末材料，使该粘结层粉末可以利用低成本的大气等离子喷涂方法制备得到氧化物含量低、结构致密、结合强度高的高温合金涂层是本领域需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，第一方面，本专利技术提供了一种适用于大气等离子喷涂制备的粘结层粉末材料，所述粘结层粉末材料由3.5wt％～7.5wt％含量的碳元素和mcralyx合金基体相组成；所述mcralyx合金基体相由合金元素ni、co、cr、al、y与x组成，x为ta或hf；其中，ni含量为30wt％～70wt％，co含量为0wt％～30wt％，cr含量为20wt％～30wt％，al含量为10wt％～15wt％，y含量为0.5wt％～1wt％，x含量为0wt％～3wt％。
2、优选地，所述粘结层粉末材料的粒度范围为30μm～75μm中的任一范围。
3、优选地，在所述粘结层粉末材料中，所述碳元素均匀弥散分布在所述mcralyx合金基体相中。
4、优选地，所述碳元素的颗粒尺寸为100nm～800nm。
5、优选地，所述碳元素为碳化物颗粒、球形纳米石墨颗粒、金刚石颗粒中的一种或多种。
6、第二方面，本专利技术提供了一种上述第一方面所述的粘结层粉末材料的应用，所述应用包括：
7、采用大气等离子喷涂技术，在高温合金基体上喷涂粘结层粉末材料，得到热障涂层粘结层；所述粘结层粉末材料由3.5wt％～7.5wt％含量的碳元素和mcralyx合金基体相组成；所述mcralyx合金基体相由合金元素ni、co、cr、al、y与x组成，x为ta或hf；其中，ni含量为30wt％～70wt％，co含量为0wt％～30wt％，cr含量为20wt％～30wt％，al含量为10wt％～15wt％，y含量为0.5wt％～1wt％，x含量为0wt％～3wt％。
8、优选地，所述热障涂层粘结层的厚度为50μm～200μm。
9、优选地，所述采用大气等离子喷涂技术，在高温合金基体上喷涂粘结层粉末材料，得到热障涂层粘结层的过程中，所述粘结层粉末材料需加热至2000℃以上。
10、优选地，所述热障涂层粘结层中氧含量不超过0.7wt％。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于大气等离子喷涂制备的粘结层粉末材料，其特征在于，所述粘结层粉末材料由3.5wt％～7.5wt％含量的碳元素和MCrAlYX合金基体相组成；所述MCrAlYX合金基体相由合金元素Ni、Co、Cr、Al、Y与X组成，X为Ta或Hf；其中，Ni含量为30wt％～70wt％，Co含量为0wt％～30wt％，Cr含量为20wt％～30wt％，Al含量为10wt％～15wt％，Y含量为0.5wt％～1wt％，X含量为0wt％～3wt％。
2.根据权利要求1所述的粘结层粉末材料，其特征在于，所述粘结层粉末材料的粒度范围为30μm～75μm中的任一范围。
3.根据权利要求1所述的粘结层粉末材料，其特征在于，在所述粘结层粉末材料中，所述碳元素均匀弥散分布在所述MCrAlYX合金基体相中。
4.根据权利要求1或3所述的粘结层粉末材料，其特征在于，所述碳元素的颗粒尺寸为100nm～800nm。
5.根据权利要求1或3所述的粘结层粉末材料，其特征在于，所述碳元素为碳化物颗粒、球形纳米石墨颗粒、金刚石颗粒中的一种或多种。
6.一种由
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述热障涂层粘结层的厚度为50μm～200μm。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述采用大气等离子喷涂技术，在高温合金基体上喷涂粘结层粉末材料，得到热障涂层粘结层的过程中，所述粘结层粉末材料需加热至2000℃以上。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述热障涂层粘结层中氧含量不超过0.7wt％。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于大气等离子喷涂制备的粘结层粉末材料，其特征在于，所述粘结层粉末材料由3.5wt％～7.5wt％含量的碳元素和mcralyx合金基体相组成；所述mcralyx合金基体相由合金元素ni、co、cr、al、y与x组成，x为ta或hf；其中，ni含量为30wt％～70wt％，co含量为0wt％～30wt％，cr含量为20wt％～30wt％，al含量为10wt％～15wt％，y含量为0.5wt％～1wt％，x含量为0wt％～3wt％。
2.根据权利要求1所述的粘结层粉末材料，其特征在于，所述粘结层粉末材料的粒度范围为30μm～75μm中的任一范围。
3.根据权利要求1所述的粘结层粉末材料，其特征在于，在所述粘结层粉末材料中，所述碳元素均匀弥散分布在所述mcralyx合金基体相中。
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