CN102115866B - 一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层，其特征在于：所述涂层满足下述要求：含8wt％-25wt％的Cr、30wt％-40wt％的Al和0.3wt％-1.5wt％的Y。本发明所述NiCrAlY涂层及其制备方法能有效提高了高温合金的零件的使用寿命。能够在1100℃以下的环境中，有效提高基体的抗氧化性能。在900℃以下，含有Cl-的热腐蚀环境中，提高基体抗热腐蚀的性能。本发明所述热扩散制备方法的设备投资和生产成本均远远低于热喷涂、真空物理气相沉积等现有方法。具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。
Description
技术领域：
本发明涉及表面涂层技术领域，特别提供了一种抗热腐蚀性能和抗高温氧化性能均优良的新型镍基高温合金用NiCrAlY涂层及其热扩散制备方法。
背景技术：
现有技术中，Ni基高温合金具有良好的蠕变性能和高温持久强度高，其广泛用于燃气轮机热端部件。为了提高其使用寿命，一般采用施加高温防护涂层等措施。
目前，MCrAlY包覆涂层是在航空发动机和燃气轮机发电机组的高温合金涡轮叶片上使用最广泛的高温防护涂层。其典型相结构为：主相为γ-Ni相，含β-NiAl相和γ′-Ni3Al相[参见文献1：Sims CT，Stoloff NS，Hagel WC.Superalloys II.New York：Wiley；1987.]，典型成分为(Ni，Co)-(15-28wt％)Cr-(4-18wt％)Al-(0.5-0.8wt％)Y[参见文献2：Goward GW.Progress incoatings for gas turbine airfoils.Surf Coat Technol 1998；109(1-3)：73-9.]。Pratt& Whitney公司和Airco Temescal Corp于1970年提出了第一个MCrAlY涂层专利，为含10-15％Al的电子束物理气相沉积(EB-PVD)的FeCrAlY涂层[参见文献3：F.P.Talboom，J.Grafwallner，美国专利号3,542,5330(1970)]。其最大的创新之处是发现了Y可提高涂层表面氧化膜的抗剥落性能。第一个可实用的MCrAlY涂层方案是CoCrAlY涂层[参见文献4：D.J.Evans，R.C.Elam，美国专利号3,676,085(1972).]。其抗高温氧化性能和抗热腐蚀性能俱佳，但较脆，引起涡轮叶片疲劳性能变坏。当时，NiCrAlY涂层也得到广泛研究。普遍认为，NiCrAlY涂层抗高温氧化性能和韧性良好，而抗热腐蚀性能不足。进一步研究促使了NiCoCrAlY涂层的发明，其韧性接近NiCrAlY涂层，抗高温氧化性能和抗热腐蚀性能与CoCrAlY涂层相当。
到目前为止，MCrAlY涂层的制备方法主要是EB-PVD、磁控溅射、电弧离子镀、低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂等。其中EB-PVD、磁控溅射、电弧离子镀主要用于航空发动机涡轮叶片，低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂主要用于燃气轮机发电机组。为了进一步提高MCrAlY涂层的抗热腐蚀性能，楼翰一等[参见文献5：楼翰一；王福会；白林祥。一种抗热腐蚀多元包覆涂层的制备方法.专利号93110158.1]发明了一种新制备方法，在MCrAlY涂层基础上用热扩散法再加渗一层铝，可以使原涂层在含NaCl环境中的抗热腐蚀性能提高三倍以上。叶锐曾等[参见文献6：叶锐曾；于文秀；陈仁治；马跃发；龚杰；吴显云；孙金贵；孙庆标；宋铂；杨莲隐；曹士伟；崔绍成；吕反修；许庆芳；袁建军。镍钴铬铝硅铪钇/铝梯度涂层及双靶溅射工艺。专利号93120621.9]提出一种MCrAlY/Al梯度涂层及双靶溅射工艺，得到Al浓度逐渐变化的涂层。其优点为涂层晶粒细小，静态氧化抗力高，抗热腐蚀性能好。李铁藩等[参见文献7：李铁藩；马信清；何恒；敬安晋；陈全芳；官俊波；沈嘉年；周龙江；华为刚；李美栓；殷涛；黄子勋。一种抗高温热腐蚀涂层。专利号94112517.3]提出的制备方法为Ni一稀土氧化物共电沉积，镀铬，真空热扩散处理，渗铝表面后处理工序。彭晓等[参见文献8：彭晓；杨秀英；王福会。一种热生长Cr2O3或Al2O3膜型M-Cr-Al纳米复合镀层及制备方法和应用。申请号200510046680.1]采用常规共电沉积技术复合电镀金属Ni和Cr及Al镀层，制得Ni-Cr-Al纳米复合镀层。其特点是不需要通过真空扩散处理仅根据镀层中Cr和Al的含量不同在高温下可热生长保护性的Cr2O3或Al2O3氧化膜。朱圣龙等[参见文献9：朱圣龙；谢冬柏；王福会；王世臣。一种纳米晶复合涂层及其制备方法。专利号200510046182.7]发明一种纳米晶复合涂层的制备方法：首先制备一层普通MCrAlY涂层，然后在其上制备与前者同成分的纳米晶涂层。其优点是大幅降低了制备纳米晶涂层的成本，简化了制备过程，保证了涂层系统具有较好的抗高温及热腐蚀性能，同时更好的保证了涂层的使用质量和使用寿命。孙超等[参见文献10：孙超；武颖娜；王启民；柯培玲；王福会；华伟刚；肖金泉；宫骏；闻立时。一种NiCoCrAlYSiB抗热腐蚀涂层及其制备方法。专利号03111363.X]采用电弧离子镀技术制备一种NiCoCrAlYSiB抗热腐蚀高温防护涂层。孙超等[参见文献11：孙超；鲍泽斌；王启民；李伟洲；宫骏；华伟刚；肖金泉；刘山川；熊天英。一种共沉积梯度MCrAlY涂层及制备工艺。申请号200710011432.2]通过电弧离子镀共沉积加真空扩散退火的方法，制备Al元素浓度沿深度方向呈梯度分布的MCrAlY涂层，提高了涂层中Al存储相含量，从而可以提高涂层抗高温氧化、抗热腐蚀性能，并能有效地延长涂层使用寿命。泰勒等[参见文献12：T·A·泰勒；小·R·C·塔克；D·F·贝特里奇。具有良好耐腐蚀性和抗氧化性的涂层组合物。专利号94118165.0]在涂层中添加了Re和/或Pt。
但是这些制备工艺都普遍存在一些缺点，而限制了其广泛的应用。首先是“视线”效应带来的涂层的均匀性问题，对于形状复杂的构件，如连体叶片，用上述方法制备的涂层厚度差能达到3-10倍，被遮挡部位的表面涂层因斜入射而很疏松，极大地影响了部件的抗高温氧化和热腐蚀性能。其次，这些制备工艺所需的设备投资成本较高。翁端等[参见文献13：翁端；杨磊；吴晓东。一种电泳共沉积制备抗高温氧化混合涂层的方法。专利号200510112563.0]发明一种可在复杂形状基体上涂覆抗高温氧化的MCrAlX和Al混合涂层的一种电泳共沉积制备抗高温氧化混合涂层的方法。首先将MCrAl和Al混合粉体电泳沉积在工件上，然后在1000～1100℃进行真空热处理，得到抗高温氧化的MCrAlX和Al混合涂层。
在MCrAlY涂层发明前，高温部件普遍采用渗铝涂层防护措施。即使在现在，渗铝涂层因其成本低廉，抗高温氧化较好而仍在广泛使用。渗铝涂层分为简单渗铝涂层和Cr、Pt或Si等改性渗铝涂层。Pt改性渗铝涂层，又称为PtAl涂层，主要用于对抗热腐蚀性能要求很高的热端部件，其成本高于MCrAlY涂层。简单渗铝涂层的抗热腐蚀性能很差，甚至不如许多对抗热腐蚀进行过优化的高温合金，如镍基高温合金K438G等。Cr或Si等改性渗铝涂层形成的氧化膜抗剥落性能差，抗热腐蚀性能比简单渗铝涂层有所改进，但仍不足，不能用于使用了低品质燃油的燃机发电机组上。
稀土通常可提高抗氧化性能。MCrAlY涂层的优点之一就是其微量稀土可改善表面氧化膜的抗剥落性。因此，稀土共渗技术在国内外得到广泛研究。何业东等[参见文献14：何业东；朱日彰；张文奇。铝稀土包埋共渗。专利号88106961.2]提出一种将零件埋入渗剂的铝稀土包埋共渗方法，由铝稀土合金粉，铁铝稀土合金粉和其他含稀土元素的合金粉与氧化铝粉及不同类型的氯化物活性剂组成渗剂，金属零件在惰性气氛和高温下进行渗涂处理，渗剂中稀土含量不同，则采用不同的活性剂，不仅可以减少渗剂中的稀土含量，同时可获得最佳的铝稀土共渗涂层。刘志儒等[参见文献15：刘志儒；刘成友；张国良；王鸿春；闫牧夫。有机稀土化学热处理催渗剂及其应用。专利号200510010348.X]为解决稀土氯化物在使用中极易发生堵塞滴管故障的问题，发明一种用做渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗中的有机稀土化学热处理催渗剂。赵程[参见文献16：赵程。深层稀土硼碳氮共渗渗剂。专利号200610017595.7]发明一种深层稀土硼碳氮共渗渗剂，起到改善渗硼层组织、性能的作用。刘志儒等[参见文献17：刘志儒；闫牧夫。高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法。专利号200610010325.]将含有稀土渗剂的甲醇或乙醇溶液和氨气同时通入渗氮炉中进行稀土共渗。许斌等[参见文献18：许斌，宋月鹏，冯承明，邢士波，李木森，杨乐。一种工件渗前冷变形的硼-铬-稀土共渗工艺。专利号200610045187.2][文献19：许斌；张南南；邢士波；杨乐；郭仁红；宋月鹏；冯承明。一种硼-铬-稀土共渗剂及其共析线以下的低温共渗工艺。申请号200810015959.7]先对工件进行喷丸处理，再进行硼-铬-稀土包埋共渗，降低了渗硼层脆性，同时也提高了渗层的抗磨损性能。
迄今为止，尚无采用传统热扩散工艺制备性能好的NiCrAlY涂层的相关报道。
人们渴望获得一种技术效果较好(尤其是抗热腐蚀性能和抗高温氧化性能均优良)的新型镍基高温合金用涂层及其制备方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种抗热腐蚀性能和抗高温氧化性能均优良的新型镍基高温合金用NiCrAlY涂层及其热扩散制备方法。
本发明弥补了现有NiCrAlY涂层制备方法的不足之处：视线效应引起的复杂形状工件表面涂层厚度不均匀和不致密问题；其制造成本比传统热扩散法高8倍以上。本发明提供一种主要适用于Ni基高温合金的NiCrAlY涂层及其制备方法。
本发明采用热扩散工艺制备性能好的NiCrAlY涂层具有重要的应用价值，其既可以以较低的成本保证涂层抗高温氧化和热腐蚀性能，又解决了在复杂形状工件表面涂层均匀性和致密性的问题。
本发明一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层，其特征在于：所述涂层满足下述要求：含8wt％-25wt％的Cr、30wt％-40wt％的Al和0.3wt％-1.5wt％的Y。
所述涂层的微观组织以β-NiAl相为主，其余约含0.5vol％-5vol％AlCrx相；Y固溶在涂层中，且由外向内逐渐减少呈梯度分布。主，辅相的区别就在于相不同以及含量的区别。
本发明还要求保护所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，其具体由三个工艺步骤组成：工艺步骤(1)：喷涂Y料浆层；工艺步骤(2)：含Cr粉末包埋热扩散；工艺步骤(3)：含Al粉末包埋热扩散。
所述涂层采用热扩散制备方法时，工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：在清洁的工件表面喷涂一层富Y料浆，100℃烘干；
要求重复上述喷涂工艺2-3次，上述过程要求得到的层状结构达到厚度要求0.5-0.8mm。所述喷涂方法可用于空气载体喷涂。
工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：
料浆由粉末和粘结剂组成，按照100g粉末：200ml粘结剂的比例混合后球磨72小时；所述粉末为Y粉(纯度99％)和Y2O3粉混合物，其中Y粉含量为20wt％-60wt％；所述粘结剂为丙酮、乙酰丙酮、乙酸纤维素的混合溶剂，其中乙酰丙酮含量为20-30vol％，乙酸纤维素的含量为每100ml混合溶液0.5-2g。
所述涂层采用热扩散制备方法时，工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，900-1200℃条件下扩散处理，得到Y-Cr涂层；所述含Cr的粉末由Cr粉、Ni粉、Al2O3粉与NH4Cl粉四种粉末混合而成，粉末粒度为200目；其中Cr粉含量为20-50wt％，Ni粉为5-10wt％，NH4Cl为0.5-2wt％。
上述内容的进一步优选是：将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，1000-1100℃扩散0.5小时-2小时，得到Y-Cr涂层。
所述涂层采用热扩散制备方法时，工艺步骤(3)含Al粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(2)处理过的工件放入含Al的粉末中，在氩气保护的气氛中，950-1050℃扩散2小时-6小时，得到NiCrAlY共渗涂层；
所述含Al的粉末，由FeAl粉和NH4Cl粉混合而成，粉末粒度为200目；其中NH4Cl粉含量为0.5-2wt％。
所述涂层采用热扩散制备方法时，优选的完整要求具体是：
工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：在清洁的工件表面喷涂一层富Y料浆，100℃烘干；要求重复上述喷涂工艺2-3次，上述过程要求得到的层状结构达到厚度要求0.5-0.8mm；所述喷涂方法可用于空气载体喷涂。
所述Y料浆层的料浆具体由粉末和粘结剂组成，按照100g粉末：200ml粘结剂的比例混合后球磨72小时；所述粉末为Y粉(纯度99％)和Y2O3粉混合物，其中Y粉含量为20wt％-60wt％；所述粘结剂为丙酮、乙酰丙酮、乙酸纤维素的混合溶剂，其中乙酰丙酮含量为20-30vol％，乙酸纤维素的含量为每100ml混合溶液0.5-2g；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，1000-1100℃扩散0.5小时-2小时，得到Y-Cr涂层；
所述含Cr的粉末由Cr粉、Ni粉、Al2O3粉与NH4Cl粉四种粉末混合而成，粉末粒度为200目；其中Cr粉含量为20-50wt％，Ni粉为5-10wt％，NH4Cl为0.5-2wt％；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(3)含Al粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(2)处理过的工件放入含Al的粉末中，在氩气保护的气氛中，950-1050℃扩散2小时-6小时，得到NiCrAlY共渗涂层；所述含Al的粉末，由FeAl粉和NH4Cl粉混合而成，粉末粒度为200目；其中NH4Cl粉含量为0.5-2wt％。
本发明相关问题说明：
现有的NiCrAlY涂层以γ相为主，依其Al含量不同而含不同量的β-NiAl相和γ′-Ni3Al相，Cr和Y固溶在γ相中，Cr含量较高时有α-Cr相存在。其退化机制主要是表面形成氧化铝保护膜时消耗涂层中的β-NiAl相，在氧化膜下形成贫Al层；当贫Al层中Al含量降低到不能维持氧化铝保护膜时，涂层发生灾难性破坏。本发明的涂层以β-NiAl相为主，其退化时间较长，因为本发明的涂层中β-NiAl相含量较现有MCrAlY涂层中更高。此外，当β-NiAl相中的Al逐渐消耗时，AlCrx相可补充其Al含量，进一步减缓β-NiAl相的退化。
与现有Cr改性渗铝涂层不同的是，本发明的涂层中含有Y，Y可提高涂层表面氧化铝膜的抗剥落性能和涂层抗热腐蚀性能。Y具有提高氧化膜粘附性和阻碍S向内扩散的功能。
与现有高温防护涂层不同的是，本发明的涂层中的Y由外向内逐渐减少，呈梯度分布。外层Y含量较高，可提高抗热腐蚀性能。内层的Y含量较低，可提高抗高温氧化性能。Y含量较高的NiCrAlY涂层抗热腐蚀性能相对较好，但Y含量较低的NiCrAlY涂层抗高温氧化性能相对较好。其原因是Y属于活性组元，容易捕获合金中的氧形成氧化钇，故在高温氧化条件下Y含量较高时促使内氧化形成，提高氧在涂层中的扩散，提高氧化速率。在热腐蚀条件下，氧化膜热生长和酸碱熔融减薄两个过程同时存在。这增大了Al和Y消耗速率，因此提高Y含量对抗热腐蚀性能有利。在本发明中Y从外向内逐渐降低，相当于减少了下面一半涂层中的Y，这减少了内氧化的深度，因此在损失了一些抗高温氧化性能的前提下提高了抗热腐蚀性能，获得了良好的综合性能。
所述的新型NiCrAlY涂层的热扩散制备方法，不是简单的渗铝、渗铬工艺组合改进，因为所制备的涂层为具有特殊微观组织结构的MCrAlY涂层。如前述原因，该涂层具有的抗高温氧化和抗热腐蚀综合性能远远优于渗铝涂层、渗铬涂层和铬改性渗铝涂层。
与热喷涂、真空物理气相沉积等现有方法相比，本方法具有巨大的优点。首先，所述热扩散制备方法用在形状复杂的工件上与用在简单形状工件上得到的涂层没有区别。这对热喷涂、真空物理气相沉积等现有方法是一个极大的挑战。采用热喷涂方法时，需要精确的智能机械手控制才可能在复杂形状工件上制备出厚度均匀的涂层，但无法解决斜入射带来的涂层疏松问题。采用真空物理气相沉积时，需要将其气相大部离化，利用偏压沉积技术才能达到目的。就现有的方案看，仅磁过滤多弧离子镀可能实现目的。但该方案导致沉积效率降为1μm/h以下，这对于厚度通常为几十到几百μm的MCrAlY涂层是难以接受的。
其次，所述热扩散制备方法的设备投资和生产成本均远远低于热喷涂、真空物理气相沉积等现有方法。与现有的Cr改性渗铝法比，设备投资相同，仅增加一道Y料浆层喷涂工序和购买Y料浆的成本。
本发明的新型NiCrAlY涂层及其制备方法能有效提高了高温合金的零件的使用寿命。能够在1100℃以下的环境中，有效提高基体的抗氧化性能。在900℃以下，含有Cl-的热腐蚀环境中，提高基体抗热腐蚀的性能。本发明具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。
附图说明：
图1为镍基高温合金K417G基体上NiCrAlY涂层的显微照片(表面)；
图2为镍基高温合金K417G基体上NiCrAlY涂层的显微照片(截面)；
图3为K417G基体上NiCrAlY涂层在1000℃恒温氧化300h显微照片；
图4为K417G基体上NiCrAlY涂层在900℃，NaCl/Na2SO4(25∶75wt％)环境中热腐蚀100h显微照片。
具体实施方式：
实施例1
以Ni基高温合金K417G为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如下：首先，去掉高温合金表面的氧化层，用SiC砂纸磨至800#，得到平整的表面，丙酮、超声波清洗，烘干。将处理后的基体喷涂富Y料浆(20％Y(wt))，料浆厚度为0.8mm，100℃烘干。其次，将喷涂完Y料浆的零件埋入含Cr的粉末中，粉末成分为Cr、Ni、Al2O3和NH4Cl。在氩气保护的气氛中，1050℃扩散1小时。最后，将含Y-Cr涂层的零件放入FeAl粉与NH4Cl的混合粉末中，在氩气保护的气氛中，1000℃扩散4小时，得到NiCrAlY共渗涂层。涂层显微结构如图1所示。经1000℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为0.85mg/cm2，其微观结构如图3所示，表面形成了薄而均匀的氧化铝膜。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为1.0-1.5mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h后的微观结构如图4所示，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余50％涂层未发生变化。
实施例2
以Ni基高温合金K438G为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如实施例1。经1000℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为0.88mg/cm2，表面形成了均匀的氧化铝膜。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为1.0-1.5mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h后，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余55％涂层未发生变化。
实施例3
以Ni基高温合金GH4037为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如实施例1。经1000℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为0.95mg/cm2，表面形成了均匀的氧化铝膜。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为1.0-1.5mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h后，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余70％涂层未发生变化。
实施例4
以Ni基高温合金DZ22为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如实施例1。经1000℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为0.55mg/cm2，表面形成了薄而均匀的氧化铝膜。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为1.0-1.5mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h后，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余50％涂层未发生变化。
实施例5
以Ni基高温合金K417G为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如实施例1。经1100℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为1.15mg/cm2，表面形成了5μm厚的氧化铝膜。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为2-3mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余30％涂层未发生变化。
实施例6
以Ni基高温合金K417G为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如下：喷涂Y料浆如实施例1，将喷涂完Y料浆的零件埋入含Cr的粉末中，粉末成分为Cr、Ni、Al2O3和NH4Cl。在氩气保护的气氛中，1100℃扩散2小时。将含Y-Cr涂层的零件放入FeAl粉与NH4Cl的混合粉末中，在氩气保护的气氛中，1050℃扩散4小时，得到NiCrAlY共渗涂层。经1000℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为0.93mg/cm2，表面形成了薄而均匀的氧化铝膜，同时有少量铝铬尖晶石结构。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为1.0-1.5mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余70％涂层未发生变化。
实施例7
以Ni基高温合金K438G为基体，通过热扩散法制备NiCrAlY共渗涂层。实施工艺如下：喷涂Y料浆如实施例1，将喷涂完Y料浆的零件埋入含Cr的粉末中，粉末成分为Cr、Ni、Al2O3和NH4Cl。在氩气保护的气氛中，1200℃扩散0.5小时。将含Y-Cr涂层的零件放入FeAl粉与NH4Cl的混合粉末中，在氩气保护的气氛中，1050℃扩散6小时，得到NiCrAlY共渗涂层。经1000℃高温氧化试验300小时后涂层的增重为0.63mg/cm2，表面形成了薄而均匀的氧化铝膜，同时有少量铝铬尖晶石结构。涂层经涂25％NaCl+75％Na2SO4(wt％)盐，涂盐量为1.0-1.5mg/cm2，900℃热腐蚀试验100h，表面形成了致密的氧化铝膜，剩余70％涂层未发生变化。
实施例8
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1)一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层，其特征在于：所述涂层满足下述要求：含8wt％的Cr、40wt％的Al和0.3wt％的Y。
2)按照权利要求所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层，其特征在于：所述涂层的微观组织以β-NiAl相为主，其余约含0.5vol％AlCrx相；Y固溶在涂层中，且由外向内逐渐减少呈梯度分布。
3)所述涂层采用热扩散制备方法时的具体要求是：
工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：在清洁的工件表面喷涂一层富Y料浆，100℃烘干；要求重复上述喷涂工艺3次，上述过程要求得到的层状结构达到厚度要求0.8mm；所述喷涂方法可用于空气载体喷涂。
所述Y料浆层的料浆具体由粉末和粘结剂组成，按照100g粉末：200ml粘结剂的比例混合后球磨72小时；所述粉末为Y粉(纯度99％)和Y2O3粉混合物，其中Y粉含量为20wt％；所述粘结剂为丙酮、乙酰丙酮、乙酸纤维素的混合溶剂，其中乙酰丙酮含量为20vol％，乙酸纤维素的含量为每100ml混合溶液2g；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：
将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，1000-1100℃扩散0.5小时，得到Y-Cr涂层；
所述含Cr的粉末由Cr粉、Ni粉、Al2O3粉与NH4Cl粉四种粉末混合而成，粉末粒度为200目；其中Cr粉含量为20wt％，Ni粉为10wt％，NH4Cl为0.5wt％；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(3)含Al粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(2)处理过的工件放入含Al的粉末中，在氩气保护的气氛中，950-1050℃扩散6小时，得到NiCrAlY共渗涂层；所述含Al的粉末，由FeAl粉和NH4Cl粉混合而成，粉末粒度为200目；其中NH4Cl粉含量为0.5wt％。
实施例9
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1)一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层，其特征在于：所述涂层满足下述要求：含25wt％的Cr、30wt％的Al和1.5wt％的Y。
2)按照权利要求所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层，其特征在于：所述涂层的微观组织以β-NiAl相为主，其余约含5vol％AlCrx相；Y固溶在涂层中，且由外向内逐渐减少呈梯度分布。
3)所述涂层采用热扩散制备方法时的具体要求是：
工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：在清洁的工件表面喷涂一层富Y料浆，100℃烘干；要求重复上述喷涂工艺2次，上述过程要求得到的层状结构达到厚度要求0.5mm；所述喷涂方法可用于空气载体喷涂。
所述Y料浆层的料浆具体由粉末和粘结剂组成，按照100g粉末：200ml粘结剂的比例混合后球磨72小时；所述粉末为Y粉(纯度99％)和Y2O3粉混合物，其中Y粉含量为60wt％；所述粘结剂为丙酮、乙酰丙酮、乙酸纤维素的混合溶剂，其中乙酰丙酮含量为30vol％，乙酸纤维素的含量为每100ml混合溶液0.5g；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：
将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，1000-1100℃扩散2小时，得到Y-Cr涂层；
所述含Cr的粉末由Cr粉、Ni粉、Al2O3粉与NH4Cl粉四种粉末混合而成，粉末粒度为200目；其中Cr粉含量为50wt％，Ni粉为5wt％，NH4Cl为2wt％；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(3)含Al粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(2)处理过的工件放入含Al的粉末中，在氩气保护的气氛中，950-1050℃扩散2小时，得到NiCrAlY共渗涂层；所述含Al的粉末，由FeAl粉和NH4Cl粉混合而成，粉末粒度为200目；其中NH4Cl粉含量为2wt％。
Claims (7)
1.一种镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，其具体由三个工艺步骤组成：工艺步骤(1)：喷涂Y料浆层；工艺步骤(2)：含Cr粉末包埋热扩散；工艺步骤(3)：含Al粉末包埋热扩散；所述NiCrAlY涂层满足下述要求：含8wt%-25wt%的Cr、30wt%-40wt%的Al和0.3wt%-1.5wt%的Y；所述NiCrAlY涂层的微观组织以β-NiAl相为主，其余含0.5vol%-5vol％AlCrx相；Y固溶在涂层中，且由外向内逐渐减少呈梯度分布。
2.按照权利要求1所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：在清洁的工件表面喷涂一层富Y料浆，100℃烘干；要求重复上述喷涂工艺2-3次，上述过程要求得到的层状结构达到厚度要求0.5-0.8mm。
3.按照权利要求2所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：
料浆由粉末和粘结剂组成，按照100g粉末：200ml粘结剂的比例混合后球磨72小时；
所述粉末为纯度99%的Y粉和Y2O3粉混合物，其中Y粉含量为20wt%-60wt%；所述粘结剂为丙酮、乙酰丙酮和乙酸纤维素的混合溶剂，其中乙酰丙酮含量为20-30vol％，乙酸纤维素的含量为每100ml混合溶液 0.5-2g。
4.按照权利要求1所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：
将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，900-1200℃条件下扩散处理，得到Y-Cr涂层；
所述含Cr的粉末由Cr粉、Ni粉、Al2O3粉与NH4Cl粉四种粉末混合而成，粉末粒度为200目；其中Cr粉含量为20-50wt%，Ni粉为5-10wt%，NH4Cl为0.5-2wt%。
5.按照权利要求4所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，1000-1100℃扩散0.5小时-2小时，得到Y-Cr涂层。
6.按照权利要求1所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法，工艺步骤(3)含Al粉末包埋热扩散的具体要求是：
将经步骤(2)处理过的工件放入含Al的粉末中，在氩气保护的气氛中，950-1050℃扩散2小时-6小时，得到NiCrAlY共渗涂层；
所述含Al的粉末，由FeAl粉和NH4Cl粉混合而成，粉末粒度为200目；其中NH4Cl粉含量为0.5-2wt%。
7.按照权利要求1所述镍基高温合金用NiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层采用热扩散制备方法的具体要求是：
工艺步骤(1)喷涂Y料浆层的具体要求是：在清洁的工件表面喷涂一层富Y料浆，100℃烘干；要求重复上述喷涂工艺2-3次，上述过程要求得到的层状结构达到厚度要求0.5-0.8mm；所述喷涂方法可用于空气载体喷涂。
所述Y料浆层的料浆具体由粉末和粘结剂组成，按照100g粉末：200ml粘结剂的比例混合后球磨72小时；所述粉末为纯度99%的Y粉和Y2O3粉混合物，其中Y粉含量为20wt%-60wt%；所述粘结剂为丙酮、乙酰丙酮和乙酸纤维素的混合溶剂，其中乙酰丙酮含量为20-30vol％，乙酸纤维素的含量为每100ml混合溶液0.5-2g；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(2)含Cr粉末包埋热扩散的具体要求是：
将经步骤(1)处理过的工件埋入含Cr的粉末中，在氩气保护的气氛中，1000-1100℃扩散0.5小时-2小时，得到Y-Cr涂层；
所述含Cr的粉末由Cr粉、Ni粉、Al2O3粉与NH4Cl粉四种粉末混合而成，粉末粒度为200目；其中Cr粉含量为20-50wt%，Ni粉为5-10wt%，NH4Cl为0.5-2wt%；
所述热扩散制备方法的工艺步骤(3)含Al粉末包埋热扩散的具体要求是：将经步骤(2)处理过的工件放入含Al的粉末中，在氩气保护的气氛中，950-1050℃扩散2小时-6小时，得到NiCrAlY共渗涂层；所述含Al的粉末，由FeAl粉和NH4Cl粉混合而成，粉末粒度为200目；其中NH4Cl粉含量为0.5-2wt%。
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| EP0521821B1 (de) * | 1991-07-04 | 1996-07-31 | New Sulzer Diesel Ag | Auslassventil einer Diesel-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Herstellen des Ventils |
| CN1433486A (zh) * | 2000-06-08 | 2003-07-30 | 表面工程设计产品公司 | 高温不锈钢涂覆系统 |
-
2009
- 2009-12-30 CN CN 200910248891 patent/CN102115866B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0521821B1 (de) * | 1991-07-04 | 1996-07-31 | New Sulzer Diesel Ag | Auslassventil einer Diesel-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Herstellen des Ventils |
| CN1433486A (zh) * | 2000-06-08 | 2003-07-30 | 表面工程设计产品公司 | 高温不锈钢涂覆系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 爆炸喷涂NiCrAlY涂层的高温抗氧化行为;张玉娟,孙晓峰,金涛,管恒荣,胡壮麒;<<金属学报>>;20030228;第39卷(第2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102115866A (zh) | 2011-07-06 |
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