[发明专利]一种双层抗氧化粘结底层高温封严涂层及其制备方法

说明书

一种双层抗氧化粘结底层高温封严涂层及其制备方法，所属航空发动机涂层技术领域，涂层结构包括CoNiCrAlY抗氧化底层、CoNiCrAlY中间粘结过渡层和ZrO₂·Y₂O₃陶瓷封严层。本发明采用两种粒度的CoNiCrAlY体系材料喷涂抗氧化底层和中间粘结涂层，采用含六方氮化硼和聚酯的ZrO₂·Y₂O₃陶瓷体系材料喷涂可磨耗封严面层，得到高温封严涂层结合强度可增加10MPa以上，高温抗氧化性能可提高15％以上，热循环寿命可延长25％以上；解决了现有高温封严涂层层间不匹配、结合性不好、抗冲蚀和抗刮削性能差、涂层大块剥落的问题。

技术领域

本发明属于航空发动机涂层技术领域，特别涉及一种双层抗氧化粘结底层高温封严涂层及其制备方法。

背景技术

在发动机工作过程中，为防止各种状态下旋转的涡轮叶片叶尖与机匣相摩擦造成机械损伤，因此在涡轮叶片与机匣表面之间预留一定间隙。然而，径向间隙的存在对涡轮工作有很大影响。当封严泄流量减少1％时，可使发动机推力增加1％，耗油率降低0.1％，所以需要在涡轮外环块是内表面制备高温可磨耗封严涂层。

高温封严涂层体系必须具有优异的抗高温氧化性、长期的耐冲蚀性和优良的磨损性。目前，国内现有的高温封严涂层，大部分是采用金属基+润滑相涂层材料结构，通常是使用大气等离子喷涂工艺制备而成。但制备成的涂层组织均匀性及致密性较差，涂层层间结合力较低，导致在高温使用环境下涂层出现分层，甚至大块剥落，进而磨损和打伤叶片。同时这种涂层的服役温度达不到1100℃以上，无法满足推重比更高的先进发动机的使用要求。

因此，需要开发新型高温封严涂层及制备方法，以优化涂层结构，提升涂层本征性能、高温性能、抗冲蚀性能及抗刮削性能，强化高温封严涂层与涡轮叶片的匹配性，以降低发动机燃油消耗，提高发动机工作效率。

发明内容

为解决现有高温封严涂层层间不匹配、结合性不好、抗冲蚀和抗刮削性能差、涂层大块剥落的问题，本发明提供一种双层抗氧化粘结底层高温封严涂层及其制备方法，分别采用两种粒度的CoNiCrAlY体系材料喷涂抗氧化底层和中间粘结涂层，采用含六方氮化硼和聚酯的ZrO₂·Y₂O₃陶瓷体系材料喷涂可磨耗封严面层，并利用低压等离子喷涂工艺制备双层CoNiCrAlY合金涂层，得到三层结构的高温封严涂层体系，可大幅提高拉伸结合强度。其具体技术方案如下：

一种双层抗氧化粘结底层高温封严涂层，包括CoNiCrAlY抗氧化底层、CoNiCrAlY中间粘结过渡层和ZrO₂·Y₂O₃陶瓷封严层；

所述CoNiCrAlY抗氧化底层，元素质量百分比为：Ni32％、Cr21％、Al8％、Y0.5％，余量为Co；所述CoNiCrAlY抗氧化底层厚度为0.08～0.12mm；所述CoNiCrAlY抗氧化底层的组织孔隙率＜1％；所述CoNiCrAlY抗氧化底层的原料使用粒度为5.5～38μm的Co32Ni21Cr8Al0.5Y粉末；

所述CoNiCrAlY中间粘结过渡层，元素质量百分比为：Ni32％、Cr21％、Al8％、Y0.5％，余量为Co；所述CoNiCrAlY中间粘结过渡层厚度为0.12～0.18mm；所述CoNiCrAlY中间粘结过渡层的组织孔隙率＜1％；所述CoNiCrAlY中间粘结过渡层的原料使用粒度为45～90μm的Co32Ni21Cr8Al0.5Y粉末；