[发明专利]一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法

说明书

本发明公开了一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法，属于涂层的处理技术领域。该方法步骤：步骤S1：将经过表面机械磨抛处理的单晶高温合金工件置于磨料悬浮液中；步骤S2：超声振动抛光处理：对磨料悬浮液进行超声处理，悬浮液中的磨料在超声作用下剧烈运动，实现对工件表面进行抛光；步骤S3：单晶高温合金工件经超声振动抛光后，在工件表面进行MCrAlY涂层制备。本发明利用超声振动表面抛光方法，极大程度地去除了表面残余应力，并且涂层/单晶高温合金界面更加光滑平直，再结晶倾向显著降低，从而达到优化长时服役过程中MCrAlY涂层与单晶合金界面组织稳定性的目的。

技术领域

本发明涉及涂层的处理技术领域，具体涉及一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法。

背景技术

在高温环境中使用的涡轮发动机、工业燃汽轮机的热端部件受到高温燃气的氧化及腐蚀作用，一般的结构材料均难以在这种环境下长期使用。目前这些热端部件的表面均采用了涂层防护，通过施加一层抗氧化性能、抗热腐蚀性能优良的防护层对基体结构材料进行保护。MCrAlY涂层作为包覆层因具有成分灵活可调、机械性能优良等特点得到了广泛的应用，同时对于燃气轮机涡轮叶片防护涂层系统，MCrAlY(M代表Ni或Co)型涂层还常被用作燃气轮机涡轮叶片热障涂层系统中的粘结层，不仅能够起到抗氧化和抗热腐蚀的防护作用，还能够改善合金基体与热障涂层相容性的粘结过渡作用。

由于MCrAlY涂层与高温合金基体之间存在元素浓度差异，在高温服役过程中各种合金元素将发生互扩散，通常在涂层/合金基体界面处形成二次反应区(SecondaryReaction Zone，SRZ)，并在SRZ内析出大量TCP有害相，这对高温合金叶片热障涂层系统的使役性能与服役安全非常不利。目前，优化涂层和高温合金材料成分设计是改善MCrAlY涂层与单晶高温合金界面稳定性的主要方法。然而，目前涂层和高温合金材料成分的优化空间几乎达到了极限，进一步提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性遭遇了瓶颈。因此，进一步开拓思路，探寻一种能够提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法是本领域亟需解决的问题。目前，高温合金涡轮部件的抛光方法主要是靠切削、抛磨等传统机械表面处理手段去除金属材料表面粗糙部分而获得平滑表面的抛光方法，不仅存在加工周期长、效率低、加工质量差等问题，而且不能抛光处理孔及异形曲面等复杂表面工件。另外，作为涂层制备过程的重要工序，表面喷砂处理可以显著提高涂层与合金基体的结合能力，但是传统机械磨抛或喷砂处理会给高温合金表面带来大量塑性变形，特别对于单晶高温合金，会产生表面再结晶的不利影响，并降低涂层/单晶高温合金界面组织稳定性。因此，针对单晶高温合金部件表面处理工艺，应用一种能够加工异形曲面，加工方法简便，有效地改善工件表面质量，并能够改善MCrAlY涂层与单晶高温合金界面稳定性的表面预处理方法对于优化单晶高温合金涡轮叶片涂层制备工艺，延长带涂层单晶高温合金叶片使用寿命将具有较大的应用价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法，该方法基于“消除或减少单晶高温合金表面残余应力和再结晶层组织可以降低互扩散区TCP相析出倾向”的关键科学原理，利用超声振动表面抛光方法，极大程度地去除了表面残余应力，并且涂层/单晶高温合金界面更加光滑平直，再结晶倾向显著降低，元素互扩散速率大幅降低，SRZ内的TCP相析出倾向大幅降低，从而达到优化长时服役过程中MCrAlY涂层与单晶合金界面组织稳定性的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：将经过表面机械磨抛处理的单晶高温合金工件置于磨料悬浮液中；