硼化物强化的含铝高熵合金组合物的制作方法

背景技术：

1、本公开总体上涉及一种组合物、涂覆有该组合物的机器部件以及涂覆该机器部件的方法。特别地，本公开总体上涉及一种硼化物强化的含铝高熵合金(b-alhea)组合物、涂覆有该组合物的机器部件以及涂覆该机器部件的方法。

2、气体涡轮系统是用于将势能以燃料形式转化为热能并随后转化为机械能以用于推进飞行器、产生电力、泵送流体等的机构。气体涡轮系统包括用于供应压缩的燃烧空气流的压缩机区段、用于在压缩的燃烧空气中燃烧燃料的燃烧器区段以及用于从燃烧空气提取热能并以旋转轴的形式将该能量转换成机械能的涡轮区段。一种用于提高气体涡轮系统的效率的可用途径是使用更高的操作温度。

3、然而，气体涡轮系统中使用的金属材料(诸如合金)可能会接近其在更高的气体涡轮操作温度下的热稳定性的上限。现代高效燃气涡轮系统可具有超过约1000℃的燃烧温度，并且随着对更高效发动机的持续需求，预期甚至更高的燃烧温度。形成“热气路”燃烧器区段和涡轮区段的许多部件直接暴露于侵蚀性热燃烧气体，例如燃烧器衬里、燃烧区段与涡轮区段之间的过渡管道、以及涡轮静叶和旋转刀片以及周围的环段。在气体涡轮系统的最热温度部分中，一些金属材料可能会暴露于高于其熔点的温度。

4、除了如上所述的热应力之外，暴露于更高温度的气体涡轮系统的这些和其他部件可能会经受可能对部件造成机械磨损的机械应力和负载。例如，气体涡轮系统的吊桶联锁装置可能会经受相对高的温度(例如，大于700℃、800℃或900℃等)微振动滑擦，诸如当相应吊桶由于离心力和空气动力而锁定时。吊桶联锁装置可能会经受振抖(例如，在气体涡轮启动期间)，这可能会导致沿吊桶联锁装置的机械接触。

5、涂层通常应用于高温操作部件，诸如但不限于气体涡轮系统中的那些部件。例如，陶瓷材料通常用于热障涂层。然而，陶瓷材料可能仍然表现出不稳定性并且在相对高的温度(例如，高于900℃)下分解，因此不能提供完全期望的热障涂层保护。

6、另一方面，用于提供改进的机械耐磨性的涂层，例如用(deloro stellite holdings corporation,a kennametal company,saint louis,mo)(一种商业合金)形成的涂层，倾向于在大于800℃的温度下氧化或磨损，使得它们不适合于在大于800℃的温度下操作的发动机的某些区段。

技术实现思路

1、某些实施方案概述如下。这些实施方案并非旨在限制本公开的范围，而是这些实施方案仅旨在提供本公开的可能形式的简要概述。实际上，本发明的系统和方法可包括可以与下面阐述的实施方案类似或不同的各种形式。

2、下文提到的所有方面、示例和特征可以以任何技术上可能的方式组合。

3、本公开的一个方面提供了一种组合物，该组合物包括：conicraly合金，其中该conicraly合金的三种或更多种元素以等摩尔量存在，该三种或更多种元素中的一种元素是铝(al)，并且其中al的摩尔分数介于约0.20和约0.25之间；过渡金属硼化物，该过渡金属硼化物包括以下项中的至少一项：硼化钴(co2b)、硼化钛(tib2)、硼化锆(zrb2)、硼化钽(tab2)、硼化镍(nib2)或硼化钼(mo2b)；和耐火合金。

4、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该耐火合金包括钼铌(monb)。

5、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中基于该组合物的总重量，该组合物包括：介于约10重量％和约70重量％之间的该conicraly合金；介于约20重量％和约60重量％之间的该过渡金属硼化物；以及介于约0.5重量％和约10重量％之间的monb。

6、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该耐火合金包括m-mo-cr-si，其中m包括ni或co。

7、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中基于该组合物的总重量，该组合物包括：介于约30重量％和约70重量％之间的该conicraly合金；介于约20重量％和约40重量％之间的该过渡金属硼化物；以及介于约20重量％和约60重量％之间的该耐火合金。

8、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该组合物包括平均粒度介于约0.1微米(μm)和约120μm之间的粉末共混物。

9、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该组合物被构造成形成具有微结构的涂层，该微结构包括：σ相基质，该σ相基质包括conicraly合金的多个颗粒；拉夫斯相，该拉夫斯相均匀分散在该σ相基质中，该拉夫斯相包括过渡金属硼化物的多个颗粒；和β相，该β相分散在该σ相基质中，该β相包括该耐火合金的多个颗粒。

10、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该涂层还包括在一个区域之上横跨该区域形成的氧化铝层，该区域包括该σ相基质、该拉夫斯相和该β相。

11、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且该氧化铝层具有小于约20微米(μm)的厚度。

12、本公开的另一方面提供了一种机器部件，该机器部件包括：基材，该基材具有涂层，该涂层包括：conicraly合金，其中该conicraly合金的三种或更多种元素以等摩尔量存在，该三种或更多种元素中的一种元素是al，并且其中al的摩尔分数介于约0.20和约0.25之间；过渡金属硼化物，该过渡金属硼化物包括以下项中的至少一项：硼化钴(co2b)、硼化钛(tib2)、硼化锆(zrb2)、硼化钽(tab2)、硼化镍(nib2)或硼化钼(mo2b)；和耐火合金。

13、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该耐火合金包括钼铌(monb)。

14、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中基于该组合物的总重量，该组合物包括：介于约10重量％和约70重量％之间的该conicraly合金；介于约20重量％和约60重量％之间的该过渡金属硼化物；以及介于约0.5重量％和约10重量％之间的monb。

15、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该耐火合金包括m-mo-cr-si，其中m包括ni或co。

16、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中基于该组合物的总重量，该组合物包括：介于约30重量％和约70重量％之间的该conicraly合金；介于约20重量％和约40重量％之间的该过渡金属硼化物；以及介于约20重量％和约60重量％之间的该耐火合金。

17、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该组合物包括平均粒度介于约0.1微米(μm)和约120μm之间的粉末共混物。

18、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该涂层具有微结构，该微结构包括：σ相基质，该σ相基质包括conicraly合金的多个颗粒；拉夫斯相，该拉夫斯相基本上均匀分散在该σ相基质中，该拉夫斯相包括过渡金属硼化物的多个颗粒；和β相，该β相分散在该σ相基质中，该β相包括该耐火合金的多个颗粒。

19、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该涂层还包括在一个区域之上横跨该区域形成的氧化铝层，该区域包括该σ相基质、该拉夫斯相和该β相。

20、本公开的另一方面提供了一种涂覆机器部件的方法，该方法包括：提供一种组合物，该组合物包括：conicraly合金，其中该conicraly合金的三种或更多种元素以等摩尔量存在，该三种或更多种元素中的一种元素是al，并且其中al的摩尔分数介于约0.20和约0.25之间；过渡金属硼化物，该过渡金属硼化物包括以下项中的至少一项：硼化钴(co2b)、硼化钛(tib2)、硼化锆(zrb2)、硼化钽(tab2)、硼化镍(nib2)或硼化钼(mo2b)；和耐火合金；以及将该组合物施加到该机器部件的基材上。

21、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中施加该组合物包括在该机器部件上形成涂层，其中该涂层具有微结构，该微结构包括：σ相基质，该σ相基质包括conicraly合金的多个颗粒；拉夫斯相，该拉夫斯相均匀分散在该σ相基质中，该拉夫斯相包括过渡金属硼化物的多个颗粒；和β相，该β相分散在该σ相基质中，该β相包括该耐火合金的多个颗粒。

22、本公开的另一方面包括前述方面中的任一项，并且其中该方法还包括：热处理该涂层；以及在一个区域之上横跨该区域形成氧化铝层，该区域包括该σ相基质、该拉夫斯相和该β相。

23、本公开中描述的两个或更多个方面(包括本概述部分中描述的那些方面)可以组合以形成本文未具体描述的实施方案。

24、在以下附图和描述中阐述一个或多个具体实施的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，其他特征、目的和优点将是显而易见的。