[发明专利]一种用于阻止IC10单晶高温合金和合金粘结层界面互扩散的扩散阻挡层

说明书

本发明涉及一种用于阻止IC10单晶高温合金和合金粘结层界面互扩散的扩散阻挡层。所述扩散阻挡层的成分为NiCoCrWTaAlA，其中A为Mo、Nb、Re和Hf中的至少一种；以NiCoCrWTaAlA的总质量为100％，Ni为68～71wt.％、Co为11～12.6wt.％、Cr为6.5～7.8wt.％、W为4～5.5wt.％、Ta为6.7～7.5wt.％、Al为4.8～5.5wt.％，A为2.9～4.5wt.％。

技术领域

本发明涉及一种适用于阻止IC10单晶高温合金和合金粘结层界面互扩散的扩散阻挡层及其制备方法和应用，属于高温防护涂层领域。

背景技术

提高涡轮入口燃气温度是提高航空发动机热效率的重要途径之一，随着航空发动机向更高推重比/涵道比/功重比的方向发展，其涡轮入口燃气温度随之不断攀升，即使在采用高效气膜冷却技术的前提下，高压涡轮导向叶片的工作温度也远超目前高温性能最优异的高温合金—单晶高温合金的可靠服役温度。因此，叶片表面采用隔热防护涂层(即热障涂层)已成为解决这一问题的有效措施之一。热障涂层能够显著减少高温燃气向高温合金叶片基体传递的热量，降低叶片表面温度，同时有利于叶片的高温抗氧化、抗腐蚀性能提升，服役寿命获得延长。因此，热障涂层技术已成为航空发动机的核心技术之一。

在高温工况下长期服役的航空发动机涡轮叶片热障涂层，由于MCrAlX粘结层(M为Ni、Co中的一种或二种的组合，X为Y、Dy、Hf、Ta、Si中的一种或其中任意二种/三种/四种的组合或五种全部)成分与单晶高温合金基体成分之间有一定的差异，二者界面之间在长时高温工况下将不可避免地发生元素互扩散，使单晶高温合金的组分发生偏析，而且，元素互扩散还将生成有害的拓扑密排相(TCP)和二次反应区(SRZ)。上述问题将导致单晶高温合金基体力学性能下降，直接影响发动机涡轮叶片的服役可靠性。因此，抑制单晶高温合金基体与MCrAlX合金粘结层之间的元素互扩散，维持单晶高温合金基体在长期服役过程中的力学性能稳定性，对于保障涡轮叶片的长时服役可靠性，至关重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于IC10单晶高温合金和合金粘结层界面的扩散阻挡层及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种用于阻止IC10单晶高温合金和合金粘结层界面互扩散的扩散阻挡层，所述扩散阻挡层的成分为NiCoCrWTaAlA，其中A为Mo、Nb、Re和Hf中的至少一种；以NiCoCrWTaAlA的总质量为100％，Ni为68～71wt.％、Co为11～12.6wt.％、Cr为6.5～7.8wt.％、W为4～5.5wt.％、Ta为6.5～7.5wt.％、Al为5～5.5wt.％，A为2.9～4.5wt.％。

较佳的，所述扩散阻挡层的厚度为10μm～60μm。

另一方面，本发明提供了一种用于IC10单晶高温合金的热防护涂层，包括形成在IC10单晶高温合金基体表面的上述的扩散阻挡层和合金粘结层。

较佳的，所述合金粘结层的组分为MCrAlX，其中M为Ni或/和Co，X为Y、Dy、Hf、Ta和Si中的至少一种；以MCrAlX的总质量为100％，Cr为16～17.5wt.％，Al为11～12.5wt.％，X为0.3～2wt.％。

较佳的，所述合金粘结层的厚度为50μm～300μm。

再一方面，本发明还提供了一种用于IC10单晶高温合金的热防护涂层的制备方法，采用真空等离子喷涂技术或低压等离子喷涂技术在IC10单晶高温合金基体表面依次制备扩散阻挡层和合金粘结层。

较佳的，所述等离子喷涂技术的参数包括：本底真空＜0.1mbar，然后通入氩气使真空舱内气压达到40mbar～100mbar；喷枪的功率为90kW～110kW；等离子气体氩气和氢气，氩气的流量为90slpm～120slpm，氢气的流量为4slpm～8slpm。

较佳的，在等离子喷涂之前，将IC10单晶高温合金基体进行超声清洗和喷砂处理。