一种MCrAlY合金涂层的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种MCrAlY合金涂层的制备方法，属于表面工程领域。首先将CrAlY合金粉末加入到M镀液中，通过电镀法在基体表面获得M-CrAlY复合涂层，然后对M-CrAlY复合涂层进行真空热处理从而在基体表面获得MCrAlY合金涂层。所述制备方法工艺简单、成本低且效率高，不需进行后续渗铝处理，并可以实现对复杂形状零部件不同部位处粘结层厚度的控制；所述MCrAlY合金涂层具有结构致密、成分均匀等特点，可用于高温合金叶片、耐高温零件等材料，在航空航天和汽车等工业上有很好的应用前景。
【专利说明】-种MCrAlY合金涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种MCrAlY合金涂层的制备方法，属于表面工程领域。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪，伴随着日益尖锐的能源供需矛盾，发展高效率、大推力的涡轮发动 机已成为工业发展和国防建设的迫切需要。在高温环境下运行的涡轮发动机部件，尤其是 叶片发生氧化和腐蚀是目前发动机损坏的主要诱导原因。为了使涡轮发动机拥有较长的使 用寿命（一般为25000小时或更长），发动机叶片的使用材料得到迅速发展，运行温度逐渐 提高。从上世纪60年代的锻造合金到常规铸造合金，从定向凝固合金到现在的单晶合金， 由这些合金所制备的发动机叶片的使用温度从800°C C升高到1000°C以上，优化单晶合金 成分和叶片内部冷却结构可以进一步提高叶片的使用温度。但是，合金的力学强度在高温 环境中会受到限制，在目前涡轮发动机结构中，单纯使用合金的提升空间已经不大。在这 种情况下，高温热障涂层应运而生，其作为现代国防尖端【技术领域】中的重要技术之一，在航 空、航天、船舶、能源和化工等传统领域及新【技术领域】得到了大量应用。
[0003] 热障涂层是多层性能不同的材料组合而成的系统，共分为四层：最外层为Y20 3稳 定Zr02陶瓷涂层，具有较低的热传导率，能有效地降低合金表面温度；第二层为高温氧化而 生成的A1 203保护层，具有致密的组织结构，极大降低基体和粘结层的氧化速率，是提高叶 片抗氧化和腐蚀性能的主要结构；第三层为合金粘结层，能有效缩减陶瓷层和基体合金的 热膨胀系数差异；最后一层为基体合金，作为结构支撑性材料。其中，合金粘结层作为热障 涂层中连接陶瓷涂层和基体的中间层，具有承上启下的作用，其力学性能和粘结性能严重 影响着整个热障涂层的寿命和抗氧化性能，所以寻找和优化粘结层的成分，提高粘结性能 就成为了热障涂层研究中的重点和难点。目前，MCrAlY涂层（M为Ni、Co或NiCo合金）是 研究和应用最为广泛的粘结层之一。
[0004] 制备MCrAlY涂层的技术主要有等离子喷涂、电子束物理气相沉积、超音速火焰喷 涂等，这些技术各有优缺点，能满足早期对涂层的技术要求。近年来，高温合金叶片结构和 形状日益复杂，且人们对材料制备成本提出了越来越严格的要求，现有技术已显现出某些 技术或成本上的不足，具体表现为：（1)热喷涂工艺难以实现对复杂形状零部件不同部位 处粘结层厚度的控制；（2)热喷涂过程中高冲击力易造成某些特殊高温合金零部件，表面 微观结构发生改变，从而影响粘结层的粘结性能和氧化性能；（3)电子束物理气相沉积设 备昂贵，维护成本和制备成本高。因此，有必要开发一种低成本的MCrAlY涂层制备技术以 克服现有技术的不足。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种MCrAlY合金涂层的制备方法。
[0006] 本发明的目的由以下技术方案实现。
[0007] -种MCrAlY合金涂层的制备方法，所述方法步骤如下：
[0008] (1)将CrAlY合金粉末加入Μ镀液中，加热至30?60°C，搅拌均匀，得到混合镀液 a ；
[0009] (2)向步骤⑴所述混合镀液a中加入基体和Μ板，以基体作为阴极，Μ板作为阳 极，在间歇搅拌下，采用电镀法将混合镀液a中的Μ和CrAlY合金粉末共沉积到基体表面， 在基体表面形成Μ-CrAlY复合涂层；其中，所述Μ-CrAlY复合涂层中Μ为母相，CrAlY合金 粉末为第二相；
[0010] (3)电镀结束后将表面镀有Μ-CrAlY复合涂层的基体取出，清洗，烘干，热处理后 在基体表面获得本发明所述的MCrAlY合金涂层；
[0011] 本发明所述基体优选碳钢或高温合金；
[0012] 步骤⑴所述CrAlY合金粉末以Cr、Al和Y总质量为100%计，其中，Cr占50? 69wt. %，A1占29?49wt. %，Y占1?2wt. % ;合金粉末粒径优选4?15 μ m，混合镀液a 中的CrAlY合金粉末浓度优选300?500g/L ;
[0013] 步骤（1)所述Μ为Ni、Co或NiCo合金；Ni镀液为NiS04、NiCl 2和Η3Β03的混合溶 液，Co镀液为CoS04、NaCl和Η 3Β03的混合溶液，NiCo镀液为NiS04、CoS04、NiCl 2和Η3Β03的 混合溶液；其中，NiS04浓度优选200?300g/L，C〇S0 4浓度优选40?50g/L，NiCl2浓度优 选40?50g/L，Η3Β0 3浓度优选40?50g/L，NaCl浓度优选8g/L ;
[0014] 步骤（1)所述搅拌为恒温搅拌，转速优选150r/min，搅拌时间优选2h ;
[0015] 步骤⑵所述间歇搅拌参数优选搅拌3?5min后停止10?20min，循环往复进 行；所述电镀法所用电流密度优选5mA/cm 2,电镀时间优选6h ;
[0016] 步骤（3)所述热处理为真空热处理，热处理设备优选真空热处理炉，热处理温度 优选900?1100°C，保温时间优选3?6h，使第二相CrAlY合金粉充分扩散到母相Μ中。 [0017] 有益效果
[0018] (1)本发明所述制备方法，工艺简单、原料易得、仪器设备成本低且效率高，不需进 行后续渗铝处理，并可以实现对复杂形状零部件不同部位处粘结层厚度的控制；
[0019] (2)本发明所述方法制备的MCrAlY合金涂层具有结构致密、成分均匀等特点，可 用于高温合金叶片、耐高温零件等材料，在航空航天和汽车等工业上有很好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为电镀MCrAlY合金涂层的原理示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
[0022] 以下实施例中电镀所用电源为安泰信TPR3010S单路直流稳压电源，电压幅度为 0?30V，电流幅度为0?10A，其它主要仪器和设备信息见表1，主要药品信息见表2。
[0023] 表 1
[0024]
【权利要求】
1. 一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下： (1) 将CrAlY合金粉末加入Μ镀液中，加热至30?60°C，搅拌均匀，得到混合镀液a ; (2) 向步骤（1)所述混合镀液a中加入基体和Μ板，以基体作为阴极，Μ板作为阳极，在 间歇搅拌下，采用电镀法将混合镀液a中的Μ和CrAlY合金粉末共沉积到基体表面，在基体 表面形成Μ-CrAlY复合涂层； (3) 电镀结束后将表面镀有Μ-CrAlY复合涂层的基体取出，清洗，烘干，热处理后在基 体表面获得所述的MCrAlY合金涂层。
2. 根据权利要求1所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：所述基体为 碳钢或高温合金。
3. 根据权利要求1所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤⑴所 述CrAlY合金粉末以Cr、Al和Y总质量为100%计，其中，Cr占50?69wt. %，A1占29? 49wt. %，Y占1?2wt. % ;CrAlY合金粉末粒径为4?15 μ m ;混合镀液a中CrAlY合金粉 末的浓度为300?500g/L。
4. 根据权利要求1所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤⑴所 述Μ为Ni、Co或NiCo合金；Ni镀液为NiS0 4、NiCl2和Η3Β03的混合溶液，Co镀液为C〇S0 4、 NaCl和H3B03的混合溶液，NiCo镀液为NiS0 4、C〇S04、NiCl2和H3B03的混合溶液；步骤（2) 所述Μ板中的Μ与步骤⑴所述Μ相同。
5. 根据权利要求1所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤⑴所 述搅拌为恒温搅拌，转速为150r/min，搅拌时间为2h。
6. 根据权利要求1所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤⑵所 述间歇搅拌参数为搅拌3?5min后停止10?20min，循环往复进行；所述电镀法所用电流 密度为5mA/cm 2,电镀时间为6h。
7. 根据权利要求1所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤⑶所 述热处理为真空热处理，热处理温度为900?1100°C，保温时间为3?6h。
8. 根据权利要求4所述的一种MCrAlY合金涂层的制备方法，其特征在于：所述Ni镀 液中NiS04浓度为200?300g/L，NiCl 2浓度为40?50g/L，Η3Β03的浓度为40?50g/L ;Co 镀液中C〇S04浓度为40?50g/L，NaCl浓度为8g/L，Η3Β0 3的浓度为40?50g/L ;所述NiCo 镀液中NiS04浓度为200?300g/L，C〇S04浓度为40?50g/L，NiCl 2浓度为40?50g/L， Η3Β03 浓度为 40 ?50g/L。
【文档编号】C25D15/00GK104099657SQ201410291235
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】陈为为, 林翔, 陈德华, 靳楠, 王鲁 申请人:北京理工大学