專利名稱：一種鍍Al-CoNiCrAlY高溫抗氧化復(fù)合涂層及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CoNiCrAH涂層及其制備方法與應(yīng)用，具體涉及一種鍍Al-CoNiCrAlY高溫抗氧化復(fù)合涂層及其制備方法與應(yīng)用，屬于抗氧化涂層領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱障涂層廣泛應(yīng)用于航空航天發(fā)動機與地面燃氣輪機熱端金屬部件的熱防護。典型的熱障涂層由氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)陶瓷面層和CoNiCrAH粘結(jié)層構(gòu)成，熱障涂層的高溫抗氧化性能主要依靠粘結(jié)層。真空等離子體噴涂(VPS)是在真空或一定壓力的保護性氣氛狀態(tài)的密閉空間里進行的等離子體噴涂，可在一定程度上避免粉料及基材表面在噴涂過程中發(fā)生氧化，提高了涂層的致密性和結(jié)合強度。近年來，真空等離子體噴涂技術(shù)已經(jīng)成為制備CoNiCrAH涂層的重要方法之一。然而，粘結(jié)層與陶瓷層界面間形成的熱生長 氧化膜(TGO)是制約熱障涂層服役壽命的關(guān)鍵，CoNiCrAH涂層之所以具有較好的高溫抗氧化性能，關(guān)鍵在于其表面易形成致密、氧擴散系數(shù)較低的Al2O3保護膜，可有效阻止氣相氧向金屬基體的傳輸，而如何形成這層連續(xù)致密的保護膜已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之
O磁過濾陰極弧沉積(FilteredCathodic Arc Plasma Deposition,FAD)技術(shù)是在真空沉積技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型薄膜制備方法。它通過磁等離子體過濾掉電弧源產(chǎn)生的大顆粒和中性原子，得到純度極高的等離子束，形成高質(zhì)量薄膜且包覆性能好，與基材能夠緊密結(jié)合。磁過濾陰極弧沉積技術(shù)的出現(xiàn)為提高CoNiCrAH涂層的抗氧化性能提供了一種可能。Al元素是影響CoNiCrAH涂層抗氧化性能的重要組元，高Al含量能夠延長高溫氧化條件下涂層的使用壽命，但會帶來額外脆性，所以通常選用高Cr低Al型組合。若在CoNiCrAlY涂層表面鍍Al，則可形成一層Al2O3保護膜，從而提高CoNiCrAH涂層的抗氧化性能。中國專利CN101310969A公開一種采用電弧離子鍍技術(shù)在Ti-Al合金基體表面制備AVAl2O3層的方法，中國專利CN102586724A公開一種在Ti-Al系金屬間化合物表面滲鍍鋁的方法，但是采用磁過濾陰極弧沉積技術(shù)在CoNiCrAH涂層表面鍍Al的方法還鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善高溫抗氧化性能的CoNiCrAH涂層及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明人意識到通過磁過濾陰極弧沉積技術(shù)在CoNiCrAH涂層表面鍍Al，可提高涂層表面的Al含量，經(jīng)高溫氧化后，較快形成Al2O3保護膜，提高涂層抗氧化性能，且由于在表面鍍膜，不會增加涂層整體的脆性。而且該方法能形成高質(zhì)量薄膜且包覆性能好，與基材能夠緊密結(jié)合。在此，本發(fā)明提供一種鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層，包括CoNiCrAH涂層，以及沉積在所述CoNiCrAH涂層的Al薄膜，其中所述Al薄膜與CoNiCrAH涂層的厚度比為 I: (30 150)。
本發(fā)明的鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層與噴涂態(tài)的CoNiCrAH涂層相比，在高溫時的氧化增重速率明顯降低，a-Al2O3的含量更高，TGO層更致密，(Co，Ni)(Cr，Al) 204尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更為優(yōu)異。所述Al薄膜的厚度優(yōu)選為O. 8-1. 5 μ m。所述CoNiCrAH涂層的厚度優(yōu)選為50-120 μ m。另一方面，本發(fā)明還提供一種所述鍍Al-CoNiCrAH復(fù)合涂層的制備方法，包括采用真空等離子體噴涂工藝將CoNiCrAH合金粉末噴涂到經(jīng)噴砂處理并洗凈的高溫合金基材的表面得到CoNiCrAH涂層；以及利用磁過濾陰極弧沉積技術(shù)在所述CoNiCrAH涂層表面沉積Al薄膜。所述真空等離子體噴涂工藝參數(shù)優(yōu)選為噴槍類型為F4-VB，等離子氣體氬氣的流量為45-55slpm，等離子氣體氫氣的流量為7-12slpm，噴涂電流為650-700A，噴涂距離 為250-300mm，噴涂室壓力為75_125mBar，送粉速率為15_20rpm，送粉載氣氬氣的流量為2. 0-2. 5slpm。所述磁過濾陰極弧沉積工藝參數(shù)優(yōu)選為襯底負偏壓為200V，弧電流為60A，工作室壓力為7. 4X10_4Pa，沉積時間為lh。所述CoNiCrAH合金粉末優(yōu)選為氣霧化的Amdry 995CoNiCrAH合金粉末。所述高溫合金基材優(yōu)選為GH3128高溫合金基材。又一方面，本發(fā)明還提供所述鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層在制備熱障涂層中的應(yīng)用。本發(fā)明制備的Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層具有比噴涂態(tài)CoNiCrAH涂層更好的高溫抗氧化性能，且本發(fā)明具有工藝簡單、效率高、可重復(fù)性好等優(yōu)點，適合規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。


圖I為鍍鋁CoNiCrAH涂層截面SEM-EDS 圖2為CoNiCrAH基涂層1100°C氧化動力學(xué)曲線 圖3為CoNiCrAH基涂層經(jīng)1100°C氧化IOOh的XRD圖譜；
圖4為CoNiCrAH基涂層經(jīng)1100°C氧化IOOh截面SEM圖(a)噴涂態(tài)涂層；(b)鍍鋁
復(fù)合涂層。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及下述具體實施方式
進一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實施方式和/或附圖僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明的鍍Al-CoNiCrAH復(fù)合涂層的制備方法，包括采用真空等離子體噴涂工藝將CoNiCrAH合金粉末噴涂到經(jīng)噴砂處理并洗凈的高溫合金基材表面得到CoNiCrAH涂層；利用磁過濾陰極弧沉積技術(shù)在所述CoNiCrAH涂層表面沉積Al薄膜。更具體地，作為示例，可采用以下工藝進行制備。(I)高溫合金基材的預(yù)處理選用GH3128高溫合金基材，切割成尺寸為20mmX IOmmX Imm的試件,表面進行噴砂處理后，置于優(yōu)選的無水乙醇洗漆溶液中超聲并重復(fù)清洗5遍，用壓縮空氣吹凈，在80-100°C烘箱中烘干備用。但應(yīng)理解，高溫合金基材不限于GH3128高溫合金基材，也可采用其它的高溫基材，切割尺寸不限于上述尺寸，還可根據(jù)需要切割成其它尺寸，清洗次數(shù)也不限于5遍，也可以是任何能達到洗凈效果的次數(shù)。(2)CoNiCrAH涂層的制備采用優(yōu)化的真空等離子體噴涂工藝參數(shù)(見表I)將氣霧化的Amdry 995 CoNiCrAH合金粉末噴涂到處理后的基材表面，雙面噴涂，涂層厚度可為50 120 μ m,例如約為100 μ m。(3)鋁薄膜的制備利用磁過濾陰極弧沉積技術(shù)在CoNiCrAH涂層表面沉積Al薄膜，沉積所得的Al膜厚度可為O. 8 I. 5 μ m，例如約為I. 3 μ m，Al膜與CoNiCrAH涂層的厚度比可為I: (30 150)。沉積工藝參數(shù)見表2。表I真空等離子體噴涂工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層，其特征在于，包括CoNiCrAH涂層，以及沉積在所述CoNiCrAH涂層的Al薄膜，其中所述Al薄膜與CoNiCrAH涂層的厚度比為I:(30 150)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層，其特征在于，所述Al薄膜的厚度為O. 8 I. 5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層，其特征在于，所述CoNiCrAH涂層的厚度為50 120 μ m。
4.一種權(quán)利要求I 3中任一項所述的鍍Al-CoNiCrAH復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括 采用真空等離子體噴涂工藝將CoNiCrAH合金粉末噴涂到經(jīng)噴砂處理并洗凈的高溫合金基材的表面得到CoNiCrAH涂層；以及 利用磁過濾陰極弧沉積技術(shù)在所述CoNiCrAH涂層表面沉積Al薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述真空等離子體噴涂工藝參數(shù)為噴槍類型為F4-VB，等離子氣體氬氣的流量為45-55 slpm，等離子氣體氫氣的流量為7_12slpm，噴涂電流為650-700 A，噴涂距離為250-300 mm，噴涂室壓力為75-125 mBar，送粉速率為15-20 rpm，送粉載氣氬氣的流量為2. 0-2. 5 slpm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述磁過濾陰極弧沉積工藝參數(shù)為襯底負偏壓為200V，弧電流為60A，工作室壓力為7. 4X10_4Pa，沉積時間為lh。
7.根據(jù)權(quán)利要求4 6中任一項所述的制備方法，所述CoNiCrAH合金粉末為氣霧化的 Amdry 995 CoNiCrAlY 合金粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求4 7中任一項所述的制備方法，所述高溫合金基材為GH3128高溫合金基材。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項所述的方法制備的鍍Al-CoNiCrAH高溫抗氧化復(fù)合涂層在制備熱障涂層中的應(yīng)用。
全文摘要
一種鍍Al-CoNiCrAlY高溫抗氧化復(fù)合涂層及其制備方法與應(yīng)用，所述鍍Al-CoNiCrAlY高溫抗氧化復(fù)合涂層包括CoNiCrAlY涂層，以及沉積在所述CoNiCrAlY涂層的Al薄膜，其中所述Al薄膜與CoNiCrAlY涂層的厚度比為1:(30～150)。本發(fā)明的鍍Al-CoNiCrAlY高溫抗氧化復(fù)合涂層與噴涂態(tài)的CoNiCrAlY涂層相比，在高溫時的氧化增重速率明顯降低，α-Al2O3的含量更高，熱生長氧化膜層更致密，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更為優(yōu)異。本發(fā)明具有工藝簡單、效率高、可重復(fù)性好等優(yōu)點，適合規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用于制備熱障涂層領(lǐng)域。
文檔編號C23C28/02GK102888605SQ20121042149
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者陶順衍, 姜杰, 趙華玉, 周霞明, 丁傳賢 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所