[发明专利]一种热障复合镀层及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种热障复合镀层的制备工艺，具体说，是涉及一种耐高温部件上的具有抗高温腐蚀性和高温氧化性、且与基体结合力高的热障复合镀层的制备工艺。

背景技术

随着现代工业和科技的飞速发展，船用或电站用燃气涡轮机及大型民用飞机发动机向高流量比、高推重比、高涡轮进口温度方向发展，燃烧室的燃气温度和燃气压力不断提高，炽热的气流围绕叶片环流，破坏并吹掉零件上起保护作用的氧化膜，使腐蚀加剧。在海上或近海工作的船用燃气轮机和大型民用飞机发动机等高温设备，热端部件(如叶片)在燃气条件下工作，将从海水中摄取Na₂SO₄、NaCl等盐类，如果这些盐类沉积在热端部件上，使金属表面被一层处于粒子态的薄层熔盐所覆盖，将发生热腐蚀。此外，燃气轮机的涡轮叶片还承受着极大的由离心力引起的拉应力及气流不均匀引起的振动应力；发动机停机时，涡轮叶片的表面层及其较薄的边缘上产生极大的热应力，使叶片发生过热破坏，严重影响其结构完整性；发动机零件也承受着进入发动机中的空气所带入固体颗粒的机械冲击作用，微粒状物质的浸蚀会使保护性氧化膜破裂或溶解，过早的破坏了发动机转子或静子叶片。

目前，船用或电站用燃气涡轮机或大型民用飞机发动机的叶片材料多采用镍基高温合金，虽然其有较好的高温力学性能，但其高温耐蚀性能仍不够理想，并且价格昂贵，更换叶片的费用很高。由于热障复合镀层具有抗蚀性高、硬度高、耐磨性好、抗高温氧化性好等优点，因此，世界各国在竞相开发和应用具有抗高温腐蚀性和高温氧化性、且能与耐高温部件结合力高的热障复合镀层，以解决目前耐高温部件所存在的抗高温氧化性及抗高温腐蚀性差的难题。

现有技术主要是利用等离子喷涂(Plasma spraying)和电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法在高温部件表面形成热障涂或镀层，以改善其抗热腐蚀性能。虽然等离子喷涂方法适用范围广，但涂层中存在气孔和未熔化的粉末粒子，使涂层的力学性能受到影响，同时它们也会成为腐蚀气体的通道，使中间层氧化，造成热障涂层失效；电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法成本较高，而且涂层在服役期间过早的剥落始终是困扰其发展的一个问题，虽然在实验中已取得不少成果，但还不能工业化实施。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术所存在的缺陷和市场需求，提供一种具有抗高温腐蚀性和高温氧化性、且能与耐高温部件结合力高的热障复合镀层的一种操作简单、制备成本低和能够工业化实施的制备工艺，以实现使用热障复合镀层改善耐高温部件使用寿命的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的热障复合镀层，是由MCrAlY合金粘结层、NiAl合金阻挡层、ZrO₂-CeO₂陶瓷层及Al₂O₃保护层构成，NiAl合金阻挡层设在MCrAlY合金粘结层和ZrO₂-CeO₂陶瓷层之间，Al₂O₃保护层镀在ZrO₂-CeO₂陶瓷层表面，所述MCrAlY合金的各元素组成重量百分比是：Cr占20～25％、Al占5～8％、Y占0.05～1％，M为余量，所述NiAl合金的各元素组成重量百分比是：Ni占45～55％，Al占55～45％；其特在于，所述的热障复合镀层的制备工艺如下：

a)按常规操作对耐高温基材表面进行预处理，即包括机械处理耐高温基材表面的氧化层、有机溶剂除油、无机化学试剂除油和稀硫酸活化过程；

b)使用电泳沉积工艺在预处理后的耐高温基材表面制备MCrAlY合金粘结层，电泳沉积的工艺参数如下：以预处理后的耐高温基材为电泳池的阴极、金属电极为阳极、MCrAlY悬浮液为电泳液，在直流10～90伏特电压下，电泳1～25分钟，然后在25～250℃烘干10～150分钟，根据所需镀层厚度电泳1～3次；

c)使用电泳沉积工艺在MCrAlY合金粘结层上制备NiAl合金阻挡层，电泳沉积的工艺参数如下：以镀有MCrAlY合金粘结层的耐高温基材为电泳池的阴极、金属电极为阳极、NiAl悬浮液为电泳液，在直流10～90伏特电压下，根据所需镀层厚度电泳1～15分钟，然后在25～200℃烘干10～100分钟，根据所需镀层厚度电泳1～3次；