[发明专利]一种高温合金复合金属陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及高温防护涂层领域，特别提供一种高温合金复合金属陶瓷涂层及其制备方法。该复合涂层旨在传统NiCrAlY涂层中添加Al₂O₃陶瓷来降低涂层/氧化膜之间的热膨胀系数差异，降低氧化膜开裂、剥落的倾向，以期提高涂层的抗氧化性能。利用SPS放电等离子烧结金属陶瓷复合靶材，并通过真空多弧离子镀技术在K38G基体表面制备金属陶瓷涂层。相较于传统NiCrAlY涂层，该复合涂层具有优异的抗高温氧化、抗热腐蚀、抗热循环剥落综合性能。

技术领域

本发明涉及一种高温防护涂层领域，具体涉及一种高温合金复合金属陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

当前，高温防护涂层与高温合金、高效冷却并称为燃气涡轮发动机涡轮叶片的三大关键技术。高性能燃气涡轮发动机热端部件工作环境极其严苛，其涡轮前燃气进口温度高达1650K以上，需要承受高温、复杂应力、腐蚀气氛和高速微粒冲蚀等破坏因素。而高温合金凭借其优异的高温力学性能和良好的抗高温腐蚀性能，成为发动机热端部件材料的最佳选择。高温合金的设计理念以高温蠕变性能为第一优化目标值，适当兼顾抗高温氧化和抗热腐蚀性能。为延长发动机寿命，通常在热端部件表面施加高温防护涂层来满足抗氧化和耐腐蚀性能。因此，开发具有优良高温力学性能的材料对燃气涡轮发动机的发展和应用具有至关重要的意义。

MCrAlY(M代表Fe,Ni,Co或其组合)涂层具有优异的抗氧化性能和力学性能，广泛用于航空发动机和工业燃气轮机的涡轮叶片或其它热端部件上，既可以用作热障涂层的粘结层，也可以直接作为包覆涂层。但传统的MCrAlY涂层与其表面形成的保护性氧化膜的热膨胀系数差别较大，在冷热循环中，表面氧化膜承受较高的热应力，可能导致开裂和剥落。

发明内容

本发明提供一种高温合金复合金属陶瓷涂层及其制备方法，本发明采用放电等离子烧结以及多弧离子镀技术制备的金属陶瓷涂层，克服了传统金属涂层在高温服役时因涂层与其表面形成的保护性氧化膜热膨胀系数差异较大而造成的涂层开裂与剥落等缺点，解决了现有金属陶瓷涂层应用于高温腐蚀环境中抗氧化、耐腐蚀以及抗剥落欠佳等问题。

本发明的技术方案如下：

一种高温合金复合金属陶瓷涂层，该金属陶瓷涂层由MCrAlY金属相母体和弥散分布的微米级氧化铝陶瓷相颗粒组成，陶瓷颗粒选用为粒晶在1～10μm之间的Al₂O₃颗粒，按质量百分比计，陶瓷颗粒的添加量占金属陶瓷涂层的10wt.％，MCrAlY金属颗粒的添加量占金属陶瓷涂层的90wt.％，即90wt.％NiCrAlY+10wt.％Al₂O₃；其中NiCrAlY的化学成分为Cr：24.17～27.16wt.％，Al：5.14～11.03wt.％，Y：0.55～0.65wt.％，Fe：0.07～0.08wt.％，Si：0.03wt.％，C：0.005wt.％，余量为Ni。

进一步的，上述的一种高温合金复合金属陶瓷涂层，该金属陶瓷涂层的总体厚度为20～25μm。

一种高温合金复合金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)合金靶材的制备：采用SPS放电等离子烧结的方法制备多组元合金作为阴极靶材；

(2)工件前处理：镀膜前对试样进行常规打磨、倒角和喷砂处理，最后用酒精丙酮混合溶液超声清洗；

(3)涂层制备：利用DH-7型多弧离子镀设备进行涂层的制备。

进一步的，上述的一种高温合金复合金属陶瓷涂层的制备方法，步骤(1)具体步骤为：