一种纳米晶复合涂层及其制备方法技术

一种纳米晶复合涂层：内层为普通ＭＣｒＡｌＹ涂层，其中Ｍ为Ｎｉ、Ｃｏ或Ｎｉ和Ｃｏ和混合物；外层为同成分的纳米晶涂层；各成分重量百分比为：Ａｌ：４－１２％；Ｃｒ：１５－３５％；Ｙ：０．５－１％；其他：余量。本发明专利技术纳米晶复合涂层的制备方法：首先在基体材料（１）的表面制备一层普通ＭＣｒＡｌＹ涂层（２），其中Ｍ为Ｎｉ、Ｃｏ、或Ｎｉ和Ｃｏ的混合物；然后在普通ＭＣｒＡｌＹ涂层（２）的表面制备与前者同成分的纳米晶涂层（３）。本发明专利技术大幅降低了制备纳米晶涂层的成本，简化了制备过程。保证了涂层系统具有较好的抗高温及热腐蚀性能，同时更好的保证了涂层的使用质量和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料科学，特别提供了。
技术介绍
在现有技术中，燃气轮机相关技术的发展受到材料技术和设计的很大限制。在技术发展过程中，结构设计技术、叶片冷却技术、高温铸造合金技术的发展都有效地提高了燃气轮机的效率和功率。从20世纪60年代起，MCrAlY涂层因其优良的抗氧化能力被广泛使用在运行参数高、环境恶劣的燃气轮机涡轮叶片技术中。但是，人们在实际使用中发现，这种涂层的性能在很大程度上取决于不同制备方法的使用。究其原因，当使用不同的制备方法时，即使涂层的化学成分相同，不同的方法制备出的涂层微观结构也不一样。现有技术中，纳米晶涂层的制造成本往往较高，而且涂层在特殊条件下(尤其是在高温或腐蚀环境下)使用时，涂层的寿命会急剧缩短。因此，寻找一种能提高MCrAlY涂层的抗氧化及热腐蚀能力的方法，有着重要的实际意义。在现有技术中，普通MCrAlY型涂层为多相合金，当其中的铝含量较低时，合金的母相为面心立方塑性较好的Ni或Co的固溶体相；当合金中的Al含量较高时，由于脆性相的析出，合金的脆性增加，使材料的可加工性能急剧下降，而高的Al含量对提高涂层的高温氧化及热腐蚀性能是十分重要的。当金属材料的成分相同时，晶粒尺寸不同，即晶界体积不同，可显著地改变材料的高温氧化速度，在本
我们通常称之为晶界效应。纳米晶涂层与相同成分的粗晶涂层相比，晶界体积分数高，晶界作为快速扩散通道，晶界效应明显，不但可显著改善涂层的抗高温氧化与热腐蚀性能，而且改变了氧化膜成分，使合金中Al含量较低时仍可生成稳定的Al2O3膜，降低了材料加工的工艺难度。但是，现有技术中的纳米晶涂层直接涂覆在基体材料表面，制备成本高，在使用时涂层寿命短。人们期望获得一种抗高温氧化及热腐蚀性能优良、同时还具有较好机械加工性能的材料，这是本领域亟待解决的一大技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。本专利技术一种纳米晶复合涂层，其特征在于所述涂层分为两层，内层为普通MCrAlY涂层2，外层为与前者同成分的纳米晶涂层3；其中M为Ni、Co或Ni和Co的混合物；以上所述的涂层中各成分的重量百分比为Al4-13％；Cr15-35％；Y0.5-1％；其他余量。针对现有技术中纳米晶涂层的制造成本过高的问题，在普通MCrAlY涂层2表面制造一定厚度的相同成分纳米晶涂层3，使涂层在使用初期就形成高质量的保护膜，保证了涂层系统具有较好的抗高温及热腐蚀性能，同时可延长整个涂层系统的使用寿命，降低涂层制备的成本；同时由于复合涂层中的两层成分组成一致，各成分含量基本相同，这样就很好的避免了因成分不同而造成的两层涂层间的明显互扩散，更好地保证了涂层的质量和使用寿命。本专利技术一种纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于在基体材料1的表面制备双层结构的复合涂层首先在基体材料1的表面制备一层普通MCrAlY涂层2，其中M为Ni、Co、或Ni和Co的混合物；然后在普通MCrAlY涂层2的表面制备一层与前者同成分的纳米晶涂层3；以上所述的两层涂层中各成分的重量百分比为Al4-13％；Cr15-35％；Y0.5-1％；其他余量。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备普通MCrAlY涂层(2)采用的方法是以下三类方法之一热喷涂、物理气相沉积、电镀。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备普通MCrAlY涂层(2)所采用的热喷涂方法是超音速火焰喷涂(HVOF)；本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备普通MCrAlY涂层(2)所采用的物理气相沉积方法是溅射、电弧镀或电子束物理气相沉积(EB-PVD)。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于在普通MCrAlY涂层2上制备纳米晶涂层3所采用的方法是物理气相沉积。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于在普通MCrAlY涂层2上制备纳米晶涂层3所采用的物理气相沉积方法是溅射、电弧镀或电子束物理气相沉积(EB-PVD)。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备普通MCrAlY涂层2所采用的方法是超音速火焰喷涂(HVOF)或电弧镀；在普通MCrAlY涂层2上制备表层纳米晶涂层3所采用的方法是溅射。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于首先在基体材料1表面制备的普通MCrAlY涂层2厚度为20～30μm。本专利技术纳米晶复合涂层的制备方法，其特征在于制备表面纳米晶涂层3厚度为10～20μm。按照本专利技术所述纳米晶复合涂层的制备方法，表面纳米晶层3与底层普通McrAlY涂层2结合良好，结构致密、无明显的缺陷，从组织结构上也保证了涂层的良好性能。本专利技术的优点大幅降低了制造纳米晶涂层的成本，简化了制备过程。针对现有技术中纳米晶涂层的制造成本过高的问题，在普通MCrAlY涂层表面制造一定厚度的相同成分纳米晶涂层，使涂层在使用初期就形成高质量的保护膜，保证了涂层系统具有较好的抗高温及热腐蚀性能，同时可延长整个涂层系统的使用寿命，降低涂层制备的成本；同时由于复合涂层中的两层成分组成基本一致，这样就避免了因成分不同而造成的两层涂层间的互扩散，更好的保证了涂层的质量和使用寿命。附图说明图1纳米晶复合涂层结构示意图。具体实施例方式参见图1；表1为各比较例与实施例的涂层系统结构对比列表；比较例1样品铸态M17，尺寸为20mm×10mm×3mm，在样品基体合金上使用HVOF(超音速火焰喷涂)法制造一层CoNiCrAlY(21wt％Ni，38wt％Cr，8wt％Al，0.5wt％Y，Co余)厚度为30μm。抗高温及NaCl腐蚀性能如表2、表3所示。实施例1样品铸态M17，尺寸为20mm×10mm×3mm，在样品基体合金上使用HVOF(超音速火焰喷涂)法制造一层CoNiCrAlY(21wt％Ni，38wt％Cr，8wt％Al，0.5wt％Y，Co余)厚度为20μm；然后，用溅射的方法在CoNiCrAlY层表面制备10μm厚的同成分纳米晶CoNiCrAlY层，涂层表面平整，组织致密。抗高温及NaCl腐蚀性能如表2、表3所示。实施例2样品铸态M17，尺寸为20mm×10mm×3mm，在样品基体合金上使用HVOF(超音速火焰喷涂)法制造一层CoNiCrAlY(21wt％Ni，38wt％Cr，8wt％Al，0.5wt％Y，Co余)厚度为20μm；然后，用电弧镀的方法在CoNiCrAlY层表面制备10μm厚的同成分纳米晶CoNiCrAlY层，涂层表面平整，组织致密。抗高温及NaCl腐蚀性能如表2、表3所示。实施例3样品铸态M17，尺寸为20mm×10mm×3mm，在样品基体合金上使用HVOF(超音速火焰喷涂)法制造一层CoNiCrAlY(21wt％Ni，38wt％Cr，8wt％Al，0.5wt％Y，Co余)厚度为20μm；然后，用EB-PVD(电子束物理气相沉积)的方法在CoNiCrAlY层表面制备10μm厚的同成分纳米晶CoNiCrAlY层，涂层表面平整，组织致密。抗高温及NaCl腐蚀性能如表2、表3所示。比较例2样品铸态M17，尺寸为20mm×10mm×3mm，在样品基体合金上使用溅射法制造一层NiCrAlY(35wt％Cr，8wt％Al，0.5wt％Y，Ni余)厚度为30μm。抗高温及NaCl腐蚀性能如表2、表3所示。实施例4样品铸态M17，尺寸为20mm×1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶复合涂层，其特征在于：所述涂层分为两层，内层为普通ＭＣｒＡｌＹ涂层２外层为与前者同成分的纳米晶涂层３其中Ｍ为Ｎｉ、Ｃｏ或Ｎｉ和Ｃｏ和混合物；以上所述的涂层中各成分的重量百分比为：Ａｌ：４－１３％；Ｃｒ：１５－３５％ ；Ｙ：０．５－１％；其他：余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣龙，谢冬柏，王福会，王世臣，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]