[发明专利]一种高熵氧化物扩散障薄膜及其制备工艺和应用

说明书

本发明公开了高熵氧化物扩散障薄膜及其制备工艺和应用，涉及涂层制备技术领域。该高熵氧化物扩散障薄膜应用在NiW或NiRe合金与NiCr或NiCrAl涂层之间，采用磁控溅射的方式进行制备，其中薄膜包含的元素为Ni、Co、Cr、Y、Ta或Re和O。在高真空热处理的过程中，利用高熵扩散障薄膜的缓慢扩散作用，能够有效缓解基体与涂层之间的元素互扩散，同时减少基体中有害相析出。该高熵氧化物扩散障薄膜可以应用在航空发动机或燃气轮机领域，为提升部件服役寿命提供理论和技术支持。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，且特别涉及阻扩散高熵氧化物涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

飞机、舰船用燃气涡轮发动机热端零部件如涡轮叶片等均采用Ni基或Co基高温合金制造，为了提升发动机工作效率，需要进一步提高发动机的涡轮进口温度，从而需要涡轮叶片材料的承温能力也进一步得到提升。为了提高高温合金零部件的使役效能，需要在高温合金表面制备高温防护涂层以提供抗氧化腐蚀防护。但是在服役过程中涂层与基体之间会因为组织成分的不同而发生元素互扩散，这将会导致基体中形成金属间化合物相及拓扑密排相，严重影响体系高温力学性能。因此，如何解决涂层与基体中间的元素互扩散问题得到了广泛关注。

为了缓解涂层与基体之间的元素互扩散问题，部分研究者选择在涂层与基体之间施加陶瓷及金属扩散障，这种方式可以有效缓解元素互扩散问题。根据菲克第一定律，涂层与基体中元素在陶瓷扩散障中扩散系数为零，因此陶瓷扩散障能够在服役过程中对元素互扩散起到较好的抑制作用。

但在，在长期服役过程中，陶瓷层扩散障存在与基体的物理匹配性较差的问题，易在服役过程中失效。同时，金属涂层与陶瓷扩散障之间的界面稳定问题还没得到较好的解决。由此可见，扩散障与涂层以及基体之间良好的物理以及化学匹配性是对于扩散障研究过程中需要解决的关键问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵氧化物扩散障薄膜及其制备工艺，其通过高熵扩散障薄膜能够有效抑制涂层与基体之间的元素互扩散，同时减少基体中有害相的析出，以避免涂层体系的高温力学性能下降；还可以有效解决涂层与基体之间元素互扩散、提高涂层服役寿命提供设计思路和理论支持，为大推重比、高温环境的航空发动机领域提供实用价值。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种高熵氧化物扩散障薄膜，所述高熵氧化物扩散障薄膜介于基体和耐高温涂层之间，所述高熵氧化物扩散障薄膜的元素包括Co、Cr、Ni、Ta和O，其原子百分比分别为Co 10％-15％、Cr 10％-15％、Y 0-2％、Ni 15％-25％、Ta或Re 10％-15％、和O40％-50％优选地，Y为0.5-1％。

优选地，所述高熵氧化物扩散障薄膜的厚度为1-6μm。

本发明还提出一种上述高熵氧化物扩散障薄膜材料的制备工艺，包括：在基体表面原位形成阻扩散高熵氧化物扩散障，具体包括如下步骤：

(1)将Co、Cr、Ni、Y制备成CoCrNi或CoCrNiY0.1合金靶材；将Ni和Ta或Re制备成NiTa或NiRe合金靶材；

(2)采用多靶磁控溅射的方式在基体表面形成所述高熵氧化物扩散障薄膜。

优选地，所述CoCrNi、CoCrNiY0.1、NiTa、NiRe多靶合金靶材是通过粉末冶金的方式进行制备。

优选地，采用多靶磁控溅射的方式形成所述高熵氧化物扩散障薄膜时，是在衬底真空度小于3×10^-3Pa、基体温度150-350℃的条件下进行；更优选地，在基体温度为350℃下进行。