镍基高温合金CoCrAlYTaSi涂层的制作方法

本发明涉及表面涂层技术领域，具体涉及一种镍基高温合金CoCrAlYTaSi涂层的制备方法。

背景技术：

GH202主要用于制造航空发动机转子叶片，正常使用温度为850℃，超过这一温度，合金的抗高温氧化性能将急剧下降。然而由于其特殊的服役环境，实际使用温度可能会达到1100℃以上。未来发动机的推重比将达到12-15，其进口温度也会更高，这就加速了合金的氧化腐蚀，在合金表面制备一层抗高温氧化腐蚀的涂层是解决这一问题的有效手段。目前很多涂层材料在1100℃以上服役时其效果不太理想，主要是涂层与基体热膨胀系数不匹配，在热疲劳条件下会产生剥落，因此新型涂层材料的开发和制备工艺变得尤为重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种镍基高温合金CoCrAlYTaSi涂层，提高抗高温氧化性能和热震性能。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：镍基高温合金CoCrAlYTaSi涂层，该涂层采用等离子喷涂制得，等离子喷涂的喷涂粉末的成分为：Co37wt.%、Cr24wt.%、Al19wt.%、Y2wt.%、Ta15wt.%、Si3wt.%。

本发明的涂层中Ta元素可以增加涂层的硬度，降低裂纹敏感性，同时还具有吸养作用，抑制涂层中其它元素的氧化。

本发明的镍基高温合金CoCrAlYTaSi涂层的制备方法，包括如下步骤：

（1）将镍基高温合金试样用线切割加工成40mm×40mm×5mm,在SiC砂纸上磨至180钼，在丙酮里浸泡10h，并用超声波清洗机清洗，吹干；

（2）将试样夹在夹具上，用16#刚玉，在4个大气压缩空气下进行喷砂粗化处理；

（3）将试样预热至400℃，采用高能等离子喷涂；

（4）喷涂涂层厚度为148-152um。

进一步地，高能等离子喷涂的主气为N₂，辅气和载气为Ar₂；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2r/min。

进一步地，喷涂涂层厚度为150um。

本发明在等离子喷涂前先进行喷砂处理，喷砂处理主要是除去基体表面的氧化膜并使表面粗糙度增加从而增加基体与涂层的结合力。

本发明的有益效果：本发明的涂层致密度达到98%，结合力达到70Mpa，本发明的涂层1100℃下热震性超过300次，本发明的涂层，在高温状态下熔融的硅流动到裂纹处将裂纹重新填满，使得涂层在高温下具有自愈和的功能。

附图说明

图1为CoCrAlYTaSi涂层截面微观结构图。

图2为CoCrAlYTaSi涂层为EPMA分析的元素分布图。

图3为热震实验后涂层表面相貌图。

具体实施方式

实施例1

镍基高温合金CoCrAlYTaSi涂层，该涂层采用等离子喷涂制得，等离子喷涂的喷涂粉末的成分为：Co37wt.%、Cr24wt.%、Al19wt.%、Y2wt.%、Ta15wt.%、Si3wt.%。涂层厚度为150um。

制备方法包括如下步骤：

（1）将镍基高温合金试样用线切割加工成10mm×10mm×5mm,在SiC砂纸上磨至180钼，在丙酮里浸泡10h，并用超声波清洗机清洗，吹干；

（2）将试样夹在夹具上，用16#刚玉，在4个大气压缩空气下进行喷砂粗化处理；

（3）将试样预热至400℃，采用高能等离子喷涂；高能等离子喷涂的主气为N₂，辅气和载气为Ar₂；喷涂功率为30Kw，距离为100mm，主气流量为60L/min，辅气流量为25L/min，载气流量为2r/min；

（4）喷涂涂层厚度为148-152um。

本发明的涂层致密度达到98%以上，结合力达到70MPa。

图1中（a）和（b）为CoCrAlYTaSi涂层截面微观结构，从图1（b）中7为涂层和基体的分界线，从该图中可以看出涂层与基体之间的结合非常紧密。喷涂之后涂层中存在着大量的长条形的氧化铝（如（a）中1所示），还有大量的球状物（如（a）中2所示），这些球状物很多被外层的氧化铝包裹着。根据能谱分析球状物中的白色的球状物（如（a）中3所示）是富Y的氧化物和形状和大小不规则的纯Ta（如（b）中5所示）。同时还发现了中间有黑点的白色球体，根据分析是富Si和Ti的化合物（如（b）中6所示），中间是氧化铝。另外在图层中还存在有少量的气孔（如（a）中4所示）。

图2为CoCrAlYTaSi涂层为EPMA分析的元素分布图，从图中可以看出Co和Cr的分布非常密集，但是在它们中间还分布有条状的Al₂O₃，其中大部分的都与界面平衡，Ta元素分布相对较为均匀，在表面和结合面的位置有部分聚集，Y元素只分布在涂层与界面的位置，Si元素含量很少，且分布规律不明显。

在1100℃下做热震实验（在1100℃下保持10分钟，取出置于水中），循环300次涂层未剥落。

图3为热震实验后涂层表面相貌：(a) 热震20次，（b）热震100次，（c）热震200次，（d）热震300次。热震20次后表面出现一条很长连续的裂纹，100次之后裂纹仍然存在但不连续，200次之后只看到几条非常短的裂纹，300次之后涂层表面几乎没有裂纹了。根据分析该涂层在高温下具有自愈和功能，熔融的硅流动到裂纹处将裂纹重新填满。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。