[发明专利]一种镀Al-CoNiCrAlY高温抗氧化复合涂层及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法与应用，具体涉及一种镀Al-CoNiCrAlY高温抗氧化复合涂层及其制备方法与应用，属于抗氧化涂层领域。

背景技术

热障涂层广泛应用于航空航天发动机与地面燃气轮机热端金属部件的热防护。典型的热障涂层由氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）陶瓷面层和CoNiCrAlY粘结层构成，热障涂层的高温抗氧化性能主要依靠粘结层。真空等离子体喷涂（VPS）是在真空或一定压力的保护性气氛状态的密闭空间里进行的等离子体喷涂，可在一定程度上避免粉料及基材表面在喷涂过程中发生氧化，提高了涂层的致密性和结合强度。近年来，真空等离子体喷涂技术已经成为制备CoNiCrAlY涂层的重要方法之一。然而，粘结层与陶瓷层界面间形成的热生长氧化膜（TGO）是制约热障涂层服役寿命的关键，CoNiCrAlY涂层之所以具有较好的高温抗氧化性能，关键在于其表面易形成致密、氧扩散系数较低的Al₂O₃保护膜，可有效阻止气相氧向金属基体的传输，而如何形成这层连续致密的保护膜已成为国内外学者研究的热点之一。

磁过滤阴极弧沉积（Filtered Cathodic Arc Plasma Deposition，FAD）技术是在真空沉积技术基础上发展起来的新型薄膜制备方法。它通过磁等离子体过滤掉电弧源产生的大颗粒和中性原子，得到纯度极高的等离子束，形成高质量薄膜且包覆性能好，与基材能够紧密结合。磁过滤阴极弧沉积技术的出现为提高CoNiCrAlY涂层的抗氧化性能提供了一种可能。Al元素是影响CoNiCrAlY涂层抗氧化性能的重要组元，高Al含量能够延长高温氧化条件下涂层的使用寿命，但会带来额外脆性，所以通常选用高Cr低Al型组合。若在CoNiCrAlY涂层表面镀Al，则可形成一层Al₂O₃保护膜，从而提高CoNiCrAlY涂层的抗氧化性能。中国专利CN101310969A公开一种采用电弧离子镀技术在Ti-Al合金基体表面制备Al/Al₂O₃层的方法，中国专利CN102586724A公开一种在Ti-Al系金属间化合物表面渗镀铝的方法，但是采用磁过滤阴极弧沉积技术在CoNiCrAlY涂层表面镀Al的方法还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善高温抗氧化性能的CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用。本发明人意识到通过磁过滤阴极弧沉积技术在CoNiCrAlY涂层表面镀Al，可提高涂层表面的Al含量，经高温氧化后，较快形成Al₂O₃保护膜，提高涂层抗氧化性能，且由于在表面镀膜，不会增加涂层整体的脆性。而且该方法能形成高质量薄膜且包覆性能好，与基材能够紧密结合。

在此，本发明提供一种镀Al-CoNiCrAlY高温抗氧化复合涂层，包括CoNiCrAlY涂层，以及沉积在所述CoNiCrAlY涂层的Al薄膜，其中所述Al薄膜与CoNiCrAlY涂层的厚度比为1:（30～150）。

本发明的镀Al-CoNiCrAlY高温抗氧化复合涂层与喷涂态的CoNiCrAlY涂层相比，在高温时的氧化增重速率明显降低，α-Al₂O₃的含量更高，TGO层更致密，(Co,Ni)(Cr,Al)₂O₄尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更为优异。

所述Al薄膜的厚度优选为0.8-1.5μm。

所述CoNiCrAlY涂层的厚度优选为50-120μm。

另一方面，本发明还提供一种所述镀Al-CoNiCrAlY复合涂层的制备方法，包括：采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAlY合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材的表面得到CoNiCrAlY涂层；以及利用磁过滤阴极弧沉积技术在所述CoNiCrAlY涂层表面沉积Al薄膜。

所述真空等离子体喷涂工艺参数优选为：喷枪类型为F4-VB，等离子气体氩气的流量为45-55slpm，等离子气体氢气的流量为7-12slpm，喷涂电流为650-700A，喷涂距离为250-300mm，喷涂室压力为75-125mBar，送粉速率为15-20rpm，送粉载气氩气的流量为2.0-2.5slpm。

所述磁过滤阴极弧沉积工艺参数优选为：衬底负偏压为200V，弧电流为60A，工作室压力为7.4×10^-4Pa，沉积时间为1h。