一種MCrAlY合金塗層的製備方法
2023-08-10 15:37:51 1
一種MCrAlY合金塗層的製備方法
【專利摘要】本發明公開一種MCrAlY合金塗層的製備方法，屬於表面工程領域。首先將CrAlY合金粉末加入到M鍍液中，通過電鍍法在基體表面獲得M-CrAlY複合塗層，然後對M-CrAlY複合塗層進行真空熱處理從而在基體表面獲得MCrAlY合金塗層。所述製備方法工藝簡單、成本低且效率高，不需進行後續滲鋁處理，並可以實現對複雜形狀零部件不同部位處粘結層厚度的控制；所述MCrAlY合金塗層具有結構緻密、成分均勻等特點，可用於高溫合金葉片、耐高溫零件等材料，在航空航天和汽車等工業上有很好的應用前景。
【專利說明】-種MCrAlY合金塗層的製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種MCrAlY合金塗層的製備方法，屬於表面工程領域。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀，伴隨著日益尖銳的能源供需矛盾，發展高效率、大推力的渦輪發動 機已成為工業發展和國防建設的迫切需要。在高溫環境下運行的渦輪發動機部件，尤其是 葉片發生氧化和腐蝕是目前發動機損壞的主要誘導原因。為了使渦輪發動機擁有較長的使 用壽命（一般為25000小時或更長），發動機葉片的使用材料得到迅速發展，運行溫度逐漸 提高。從上世紀60年代的鍛造合金到常規鑄造合金，從定向凝固合金到現在的單晶合金， 由這些合金所製備的發動機葉片的使用溫度從800°C C升高到1000°C以上，優化單晶合金 成分和葉片內部冷卻結構可以進一步提高葉片的使用溫度。但是，合金的力學強度在高溫 環境中會受到限制，在目前渦輪發動機結構中，單純使用合金的提升空間已經不大。在這 種情況下，高溫熱障塗層應運而生，其作為現代國防尖端【技術領域】中的重要技術之一，在航 空、航天、船舶、能源和化工等傳統領域及新【技術領域】得到了大量應用。
[0003] 熱障塗層是多層性能不同的材料組合而成的系統，共分為四層：最外層為Y20 3穩 定Zr02陶瓷塗層，具有較低的熱傳導率，能有效地降低合金表面溫度；第二層為高溫氧化而 生成的A1 203保護層，具有緻密的組織結構，極大降低基體和粘結層的氧化速率，是提高葉 片抗氧化和腐蝕性能的主要結構；第三層為合金粘結層，能有效縮減陶瓷層和基體合金的 熱膨脹係數差異；最後一層為基體合金，作為結構支撐性材料。其中，合金粘結層作為熱障 塗層中連接陶瓷塗層和基體的中間層，具有承上啟下的作用，其力學性能和粘結性能嚴重 影響著整個熱障塗層的壽命和抗氧化性能，所以尋找和優化粘結層的成分，提高粘結性能 就成為了熱障塗層研究中的重點和難點。目前，MCrAlY塗層（M為Ni、Co或NiCo合金）是 研究和應用最為廣泛的粘結層之一。
[0004] 製備MCrAlY塗層的技術主要有等離子噴塗、電子束物理氣相沉積、超音速火焰噴 塗等，這些技術各有優缺點，能滿足早期對塗層的技術要求。近年來，高溫合金葉片結構和 形狀日益複雜，且人們對材料製備成本提出了越來越嚴格的要求，現有技術已顯現出某些 技術或成本上的不足，具體表現為：（1)熱噴塗工藝難以實現對複雜形狀零部件不同部位 處粘結層厚度的控制；（2)熱噴塗過程中高衝擊力易造成某些特殊高溫合金零部件，表面 微觀結構發生改變，從而影響粘結層的粘結性能和氧化性能；（3)電子束物理氣相沉積設 備昂貴，維護成本和製備成本高。因此，有必要開發一種低成本的MCrAlY塗層製備技術以 克服現有技術的不足。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種MCrAlY合金塗層的製備方法。
[0006] 本發明的目的由以下技術方案實現。
[0007] -種MCrAlY合金塗層的製備方法，所述方法步驟如下：
[0008] (1)將CrAlY合金粉末加入Μ鍍液中，加熱至30?60°C，攪拌均勻，得到混合鍍液 a ；
[0009] (2)向步驟⑴所述混合鍍液a中加入基體和Μ板，以基體作為陰極，Μ板作為陽 極，在間歇攪拌下，採用電鍍法將混合鍍液a中的Μ和CrAlY合金粉末共沉積到基體表面， 在基體表面形成Μ-CrAlY複合塗層；其中，所述Μ-CrAlY複合塗層中Μ為母相，CrAlY合金 粉末為第二相；
[0010] (3)電鍍結束後將表面鍍有Μ-CrAlY複合塗層的基體取出，清洗，烘乾，熱處理後 在基體表面獲得本發明所述的MCrAlY合金塗層；
[0011] 本發明所述基體優選碳鋼或高溫合金；
[0012] 步驟⑴所述CrAlY合金粉末以Cr、Al和Y總質量為100%計，其中，Cr佔50? 69wt. %，A1佔29?49wt. %，Y佔1?2wt. % ;合金粉末粒徑優選4?15 μ m，混合鍍液a 中的CrAlY合金粉末濃度優選300?500g/L ;
[0013] 步驟（1)所述Μ為Ni、Co或NiCo合金；Ni鍍液為NiS04、NiCl 2和Η3Β03的混合溶 液，Co鍍液為CoS04、NaCl和Η 3Β03的混合溶液，NiCo鍍液為NiS04、CoS04、NiCl 2和Η3Β03的 混合溶液；其中，NiS04濃度優選200?300g/L，C〇S0 4濃度優選40?50g/L，NiCl2濃度優 選40?50g/L，Η3Β0 3濃度優選40?50g/L，NaCl濃度優選8g/L ;
[0014] 步驟（1)所述攪拌為恆溫攪拌，轉速優選150r/min，攪拌時間優選2h ;
[0015] 步驟⑵所述間歇攪拌參數優選攪拌3?5min後停止10?20min，循環往復進 行；所述電鍍法所用電流密度優選5mA/cm 2,電鍍時間優選6h ;
[0016] 步驟（3)所述熱處理為真空熱處理，熱處理設備優選真空熱處理爐，熱處理溫度 優選900?1100°C，保溫時間優選3?6h，使第二相CrAlY合金粉充分擴散到母相Μ中。 [0017] 有益效果
[0018] (1)本發明所述製備方法，工藝簡單、原料易得、儀器設備成本低且效率高，不需進 行後續滲鋁處理，並可以實現對複雜形狀零部件不同部位處粘結層厚度的控制；
[0019] (2)本發明所述方法製備的MCrAlY合金塗層具有結構緻密、成分均勻等特點，可 用於高溫合金葉片、耐高溫零件等材料，在航空航天和汽車等工業上有很好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為電鍍MCrAlY合金塗層的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和具體實施例來詳述本發明，但不限於此。
[0022] 以下實施例中電鍍所用電源為安泰信TPR3010S單路直流穩壓電源，電壓幅度為 0?30V，電流幅度為0?10A，其它主要儀器和設備信息見表1，主要藥品信息見表2。
[0023] 表 1
[0024]
【權利要求】
1. 一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：所述方法步驟如下： (1) 將CrAlY合金粉末加入Μ鍍液中，加熱至30?60°C，攪拌均勻，得到混合鍍液a ; (2) 向步驟（1)所述混合鍍液a中加入基體和Μ板，以基體作為陰極，Μ板作為陽極，在 間歇攪拌下，採用電鍍法將混合鍍液a中的Μ和CrAlY合金粉末共沉積到基體表面，在基體 表面形成Μ-CrAlY複合塗層； (3) 電鍍結束後將表面鍍有Μ-CrAlY複合塗層的基體取出，清洗，烘乾，熱處理後在基 體表面獲得所述的MCrAlY合金塗層。
2. 根據權利要求1所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：所述基體為 碳鋼或高溫合金。
3. 根據權利要求1所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：步驟⑴所 述CrAlY合金粉末以Cr、Al和Y總質量為100%計，其中，Cr佔50?69wt. %，A1佔29? 49wt. %，Y佔1?2wt. % ;CrAlY合金粉末粒徑為4?15 μ m ;混合鍍液a中CrAlY合金粉 末的濃度為300?500g/L。
4. 根據權利要求1所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：步驟⑴所 述Μ為Ni、Co或NiCo合金；Ni鍍液為NiS0 4、NiCl2和Η3Β03的混合溶液，Co鍍液為C〇S0 4、 NaCl和H3B03的混合溶液，NiCo鍍液為NiS0 4、C〇S04、NiCl2和H3B03的混合溶液；步驟（2) 所述Μ板中的Μ與步驟⑴所述Μ相同。
5. 根據權利要求1所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：步驟⑴所 述攪拌為恆溫攪拌，轉速為150r/min，攪拌時間為2h。
6. 根據權利要求1所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：步驟⑵所 述間歇攪拌參數為攪拌3?5min後停止10?20min，循環往復進行；所述電鍍法所用電流 密度為5mA/cm 2,電鍍時間為6h。
7. 根據權利要求1所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：步驟⑶所 述熱處理為真空熱處理，熱處理溫度為900?1100°C，保溫時間為3?6h。
8. 根據權利要求4所述的一種MCrAlY合金塗層的製備方法，其特徵在於：所述Ni鍍 液中NiS04濃度為200?300g/L，NiCl 2濃度為40?50g/L，Η3Β03的濃度為40?50g/L ;Co 鍍液中C〇S04濃度為40?50g/L，NaCl濃度為8g/L，Η3Β0 3的濃度為40?50g/L ;所述NiCo 鍍液中NiS04濃度為200?300g/L，C〇S04濃度為40?50g/L，NiCl 2濃度為40?50g/L， Η3Β03 濃度為 40 ?50g/L。
【文檔編號】C25D15/00GK104099657SQ201410291235
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】陳為為, 林翔, 陳德華, 靳楠, 王魯 申請人:北京理工大學