[发明专利]一种复合沉积MCrAlY抗氧化涂层及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种复合沉积MCrAlY抗氧化涂层及其制备工艺，制备工艺包括如下工作流程：基体预处理，基体离子预刻蚀处理，制备复合沉积MCrAlY抗氧化涂层，M元素为Ni或Co或NiCo。在基体表面通过阴极弧蒸发和磁控溅射复合沉积制备复合沉积MCrAlY抗氧化涂层，气压为0.2至1.0Pa，偏压为‑50至‑120V，装载基体的支架转速为1至5rpm，沉积温度为250至450℃，沉积时间为60至500min。采用阴极弧蒸发和磁控溅射复合沉积的工艺制备涂层，实现涂层组织和生长形貌的可控调节，改善涂层表面质量，有效降低涂层的生长缺陷密度，有效减少了缺陷所导致的氧的内扩散，提高涂层的抗高温氧化性能，涂层结构致密，与基体结合良好。本发明可广泛应用于高温防护涂层制备技术领域。

技术领域

本发明涉及高温防护涂层制备技术领域，特别涉及一种复合沉积MCrAlY抗氧化涂层及其制备工艺。

背景技术

MCrAlY涂层由于其优异的高温抗氧化性及抗热腐蚀性能被广泛应用于航空发动机热端部件的高温防护，可以作为包覆涂层单独使用，也可以用作热障涂层的粘结层。由于基体材料不参与涂层的形成，保证了高温下热端部件足够的力学性能，而涂层与基体界面处的相互作用保证了足够的结合强度。

高温服役过程中MCrAlY涂层表面氧化层的快速生长和较差的附着力是涂层失效的主要原因，而氧化膜的形成与MCrAlY涂层的微观形貌、晶粒大小及元素分布等因素密切相关，因此为改善高温性能需要对MCrAlY涂层的成分和结构进一步设计，而涂层的制备过程是决定涂层性能的又一重要因素，涂层生长过程中形成的微观缺陷可作为高温下元素扩散的快速通道，会加剧氧化进程。

目前MCrAlY涂层的主要制备方法包括喷涂、电子束物理气相沉积、阴极弧蒸发和磁控溅射等，喷涂和电子束物理气相沉积作为传统的制备方法具有高效制备的特点，而阴极弧蒸发和磁控溅射技术在涂层的成分结构设计和精细结构调控方面表现出独特的优势。

但是上述方法制备的MCrAlY涂层在结构和高温性能方面仍有待进一步提升，特别涉及涂层的高温抗氧化性、服役温度和使用寿命极限问题，其中喷涂MCrAlY涂层在制备过程中容易引入较多的杂质和缺陷，涂层致密度较差，杂质和缺陷会加速高温下的氧化进程；而电子束物理气相沉积MCrAlY涂层的结构受基体温度、靶材元素蒸气压影响明显。阴极弧蒸发和磁控溅射技术能够分别制备出结构致密纯净的MCrAlY涂层备受研究者青睐，但是液滴作为阴极弧蒸发的固有缺陷容易诱发生长缺陷的形成，可作为氧化的快速通道；而磁控溅射技术在沉积效率和涂层结合强度方面有待进一步改善。目前，进一步开发完善MCrAlY涂层体系及其制备技术仍然是提升涂层性能的关键手段。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供一种复合沉积MCrAlY抗氧化涂层及其制备工艺，所采用的技术方案如下。

本发明所提供的复合沉积MCrAlY抗氧化涂层的制备工艺包括如下工作流程：基体预处理，基体离子预刻蚀处理，制备复合沉积MCrAlY抗氧化涂层，M元素为Ni或Co或NiCo。其中，在基体表面通过阴极弧蒸发和磁控溅射复合沉积制备复合沉积MCrAlY抗氧化涂层，通入惰性气体控制气压为0.2至1.0Pa，偏压为-50至-120V，装载基体的支架转速为1至5rpm，沉积温度为250至450℃，控制电弧靶材表面平均电流密度为8至16mA/cm²，同时控制磁控平面靶材表面平均功率密度为10至70W/cm²，沉积时间为60至500min。

本发明的某些实施例中，电弧靶采用MCrAlY靶，按重量百分比计，靶材化学成分为Cr：16至28％，Al：7至13％，Y：0.1至1％，余量为Ni或Co或NiCo。

本发明的某些实施例中，磁控平面靶采用MCrAlY靶，按重量百分比计，靶材化学成分为Cr：16至28％，Al：7至13％，Y：0.1至1％，余量为Ni或Co或NiCo。