[发明专利]一种MCrAlY合金涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MCrAlY合金涂层的制备方法，属于表面工程领域。

背景技术

进入21世纪，伴随着日益尖锐的能源供需矛盾，发展高效率、大推力的涡轮发动机已成为工业发展和国防建设的迫切需要。在高温环境下运行的涡轮发动机部件，尤其是叶片发生氧化和腐蚀是目前发动机损坏的主要诱导原因。为了使涡轮发动机拥有较长的使用寿命(一般为25000小时或更长)，发动机叶片的使用材料得到迅速发展，运行温度逐渐提高。从上世纪60年代的锻造合金到常规铸造合金，从定向凝固合金到现在的单晶合金，由这些合金所制备的发动机叶片的使用温度从800℃C升高到1000℃以上，优化单晶合金成分和叶片内部冷却结构可以进一步提高叶片的使用温度。但是，合金的力学强度在高温环境中会受到限制，在目前涡轮发动机结构中，单纯使用合金的提升空间已经不大。在这种情况下，高温热障涂层应运而生，其作为现代国防尖端技术领域中的重要技术之一，在航空、航天、船舶、能源和化工等传统领域及新技术领域得到了大量应用。

热障涂层是多层性能不同的材料组合而成的系统，共分为四层：最外层为Y₂O₃稳定ZrO₂陶瓷涂层，具有较低的热传导率，能有效地降低合金表面温度；第二层为高温氧化而生成的Al₂O₃保护层，具有致密的组织结构，极大降低基体和粘结层的氧化速率，是提高叶片抗氧化和腐蚀性能的主要结构；第三层为合金粘结层，能有效缩减陶瓷层和基体合金的热膨胀系数差异；最后一层为基体合金，作为结构支撑性材料。其中，合金粘结层作为热障涂层中连接陶瓷涂层和基体的中间层，具有承上启下的作用，其力学性能和粘结性能严重影响着整个热障涂层的寿命和抗氧化性能，所以寻找和优化粘结层的成分，提高粘结性能就成为了热障涂层研究中的重点和难点。目前，MCrAlY涂层(M为Ni、Co或NiCo合金)是研究和应用最为广泛的粘结层之一。

制备MCrAlY涂层的技术主要有等离子喷涂、电子束物理气相沉积、超音速火焰喷涂等，这些技术各有优缺点，能满足早期对涂层的技术要求。近年来，高温合金叶片结构和形状日益复杂，且人们对材料制备成本提出了越来越严格的要求，现有技术已显现出某些技术或成本上的不足，具体表现为：(1)热喷涂工艺难以实现对复杂形状零部件不同部位处粘结层厚度的控制；(2)热喷涂过程中高冲击力易造成某些特殊高温合金零部件，表面微观结构发生改变，从而影响粘结层的粘结性能和氧化性能；(3)电子束物理气相沉积设备昂贵，维护成本和制备成本高。因此，有必要开发一种低成本的MCrAlY涂层制备技术以克服现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MCrAlY合金涂层的制备方法。

本发明的目的由以下技术方案实现。

一种MCrAlY合金涂层的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将CrAlY合金粉末加入M镀液中，加热至30～60℃，搅拌均匀，得到混合镀液a；

(2)向步骤(1)所述混合镀液a中加入基体和M板，以基体作为阴极，M板作为阳极，在间歇搅拌下，采用电镀法将混合镀液a中的M和CrAlY合金粉末共沉积到基体表面，在基体表面形成M-CrAlY复合涂层；其中，所述M-CrAlY复合涂层中M为母相，CrAlY合金粉末为第二相；

(3)电镀结束后将表面镀有M-CrAlY复合涂层的基体取出，清洗，烘干，热处理后在基体表面获得本发明所述的MCrAlY合金涂层；

本发明所述基体优选碳钢或高温合金；

步骤(1)所述CrAlY合金粉末以Cr、Al和Y总质量为100％计，其中，Cr占50～69wt.％，Al占29～49wt.％，Y占1～2wt.％；合金粉末粒径优选4～15μm，混合镀液a中的CrAlY合金粉末浓度优选300～500g/L；