[发明专利]一种制备CoCrAlYSi合金靶材的方法

说明书

技术领域

本发明是针对一种用于制备热障涂层的CoCrAlYSi合金靶材所提出的特殊熔配方法，以稳定合金中低熔点及易氧化元素的含量，消除偏析，提高靶材的质量和成品率。

背景技术

热障涂层(thermal barrier coating,TBC)技术的发展历史至今已有40多年，它通过涂覆工艺将涂层沉积在热端部件表面，从而提高金属热端部件抗高温腐蚀能力，达到延长工件使用寿命的目的。热障涂层技术应用于燃气轮机涡轮叶片、导向叶片、翼面和涡轮桨等部件上，使发动机的油耗降低，工作持久性能增强，寿命大大提高[[Evans A G,Mumm D R,Hutchinson J W,etal.Mechanisms controlling the durability of thermal coatings.Prog.Mater Sci.,2001,46:505-5531]。二十世纪八十年代，除了在航空航天领域外，热障涂层的应用进一步扩大，逐步应用到能源、轮船、汽车、冶金等民用领域的热端部件上[逄颖，热障涂层金属底层晶粒细化及其对涂层性能的影响(硕士学位论文)，天津；中国民航大学，2008；李美姮，胡望宇，孙晓峰等，热障涂层的研究进展与发展趋势，材料导报，2005,19(4):41-45]。在高炉送风口和出渣口部位使用热障涂层，起到了耐热防护的作用，显著提高了部件的使用寿命[R G Wellman,J R Nicholls.Erosion,corrosion and erosion-corrosion of EB-PVD thermal barrier coatings.Tribology International,2008,41:657-662]。在新型雾化金属喷嘴上采用热障涂层，使部件的抗热震和抗腐蚀性能得到了提高，延长了工作寿命，超细粉末的质量也得到保证。在汽车发动机进出气口的阀座上采用热障涂层，部件的损耗大大降低。热障涂层还应用于以铝合金为基材的活塞式气缸顶部和边缘[Movchan B A.Functional graded EB-PVD coatings.Surface and Coatings Technology,2002,149:252-256]。有专家预测，在未来，热障涂层应用的年增长率将达到12％，其中在发动机部件中的应用将达到25％的增长率，使该技术的应用开发前景更加广阔。

热障涂层由多层复合而成，作为热障涂层系统中的关键层-粘结层(bond coat)起到改善陶瓷层和基体间热膨胀相容性，提高合金基体的抗氧化性的作用，对于热障涂层的使用寿命有决定性影响。现代所使用的粘结层材料均为具有高温抗氧化性能的MCrAlY合金，M通常为Ni，Co或NiCo，Ni比Co的抗氧化性能好，Co比Ni的抗热腐蚀性能好，NiCo的韧性最好。通过添加微量的其他元素如Si、Hf、Zr等可更进一步提高其抗氧化性。这种合金涂层的制备需使用成分均匀，缺陷少的合金靶材通过溅射、沉积等方法完成，所以，合金靶材的制备就成为了首要的关键步骤。国内已有工作者对该体系合金靶材进行制备，但其中CoCrAlY合金靶材由于其自身的特质：Al元素的熔点低，在熔炼中产生剧烈挥发，且Al会与其他元素发生多种复杂的反应，而反应产物又多为脆性，产物之间的相溶性未知，造渣严重，给合金熔炼造成极大的困难甚至于无法浇铸；Y元素极易氧化，一旦氧化膜在其周围形成，将会阻隔其与周围液态合金的接触，无法溶入，且由于稀土Y活性极高，亦会在熔炼时大量造渣，使其在合金中的含量难于控制；基体元素Co自身脆硬，合金难于加工，因此，国内尚未见有成功制备的报道。现所使用的CoCrAlY合金靶材多由国外进口，而其中的元素含量不均匀造成了溅射过程中的飞溅现象影响了涂层质量的控制，且合金中的稀土元素含量仍达不到稳定的水平，至使其可追溯性低，阻碍了对涂层性能的系统研究，制约了热障涂层的运用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特殊的熔配方法以制备元素含量稳定，成分均匀的CoCrAlYSi合金靶材。

本发明采用热障涂层系统粘结层用CoCrAlYSi合金靶材的典型成分配比(wt％)：Cr：21-25，Al：11-13，Y：0.4-1.8，Si：0.05-0.5，其余为Co熔炼配制合金靶材，通过预配制多种特定的中间合金，采用合理的添加顺序，运用合适的模具在适当的温度进行浇铸，制备出成分均匀，元素含量稳定的合金靶材，具体的过程如下所述：