[发明专利]一种用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层及喷涂工艺

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术，具体地说，用于重型燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层的技术。

背景技术

为了获得更高的能源效率和更大的推力，航空发动机和重型燃气轮机涡轮进口温度已经高达1600℃以上，仅靠材料性能的提高和结构设计的改进，已经无法满足飞速发展的航空发动机和燃气轮机工业的需要，高温防护涂层技术已经必不可少。第四代高温防护涂层——氧化锆热障涂层已经在部分航空发动机高温部件(导向叶片、火焰筒、隔热屏等)上得到了应用，但是这种涂层并不适用于地面燃气轮机。因为燃气轮机与航空发动机有两个明显的差异：使用寿命(或一次修理寿命)是航空发动机的20倍以上，达到10万小时(大修寿命2.5万小时)；燃气的清洁程度极低，使高温零部件承受更为苛刻的高温腐蚀。而目前用于航空发动机的热障涂层使用寿命仅几百小时，且底层材料耐燃气腐蚀性能也无法满足燃气轮机的需求。

发明内容

本发明的目的在于为燃气轮机导向叶片提供一种寿命长、耐高温腐蚀的热障涂层。

本发明提供一种用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层，是由抗氧化底层和氧化锆面层组成，其特征在于：所述氧化锆面层中含有氧化钇，氧化钇的质量含量为5～9％，加入氧化钇使氧化锆面层稳定。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层，其抗氧化底层是CoCrAlSiY，成分为Cr 20％～30％，Al 6～12％，Si 1％～3％，Y 0.1％～1.0％，Co余量，该抗氧化底层的抗氧化性比热障涂层底层NiCrAlY明显提高。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层，其抗氧化底层的厚度为0.05mm～0.20mm。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层，其氧化锆面层的厚度为0.10mm～0.45mm。

本发明还提供一种用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层喷涂工艺，其特征在于包括以下步骤：

A.抗氧化底层的制备：采用超音速火焰喷涂工艺(HVOF)；

B.氧化锆陶瓷面层的制备：常压等离子喷涂工艺，功率为25kW～42kW。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层的喷涂工艺，其超音速火焰喷涂的燃料为煤油、丙烷、乙炔或其它可燃气体。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层的喷涂工艺，其制备抗氧化底层所采用的CoCrAlSiY粉末，是气体雾化法制备的球形喷涂粉末，粒度范围为230目～400目。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层的喷涂工艺，其制备氧化锆陶瓷面层所采用的氧化钇稳定氧化锆粉末，为空心球形团聚粉末或纳米结构团聚粉末，粉末粒度范围100目～400目。

本发明提供的用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层，其优点在于：氧化锆涂层稳定，具有比热障涂层底层NiCrAlY更为明显的抗氧化性，寿命长，耐高温腐蚀，在1100℃高温下，具有良好的抗热循环能力和抗热盐腐蚀能力，适用于重型燃气轮机；还可以推广使用到未来高推重比航空发动机、舰用燃气轮机的涡轮导向叶片的高温防护上。

附图说明

图1为用于燃气轮机导向叶片的氧化锆热障涂层的金相组织。

具体实施方式

实施例1

底层制备：采用粒度范围270目～320目，成分Cr25％，Al10％，Si2％，Y0.5％，Co余量的CoCrAlSiY粉末，用JP-5000超音速喷涂设备喷涂，煤油压力0.76MP(110Psi)，流量0.17m³/h(6ft³/h)，氧气压力0.9MP(130Psi)，流量48m³/h(1700ft³/h)，送粉速率为45g/min，喷涂距离为300mm，涂层厚度0.10mm。

面层制备：采用粒度范围230目～320目，8％氧化钇稳定氧化锆粉末空心球形团聚粉末，用Metco 7M等离子喷涂设备喷涂，电流550A，电压68V，氩气流量2.3m³/h(80ft³/h)，氢气流量0.4m³/h(15ft³/h)，送粉速率为45g/min，喷涂距离为120mm，涂层厚度0.20mm。

涂层金相组织见图1。

实施例2