CN105951030A - 单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法 - Google Patents

单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法，单晶合金表面双层结构粘结层包括一单晶合金基体以及一双层结构粘结层，双层结构粘结层包括一粘结层底层及一粘结层顶层，粘结层底层形成于单晶合金基体表面，厚度为50～80μm，包含Ni、Cr、Al及Y，Al在粘结层底层所占重量比为4～6％，粘结层顶层形成于粘结层底层相对于单晶合金基体的另一表面，厚度为50～80μm，包含Ni、Co、Cr、Al、Y、Hf及Si，Al在粘结层顶层所占重量比为11～13％，粘结层底层及粘结层顶层的厚度比为8:2～6:4。本发明可以降低涂层对合金疲劳性能的影响，提高合金表面涂层抗高温氧化性能和合金高温持久寿命。

Description

单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法，更具体的是利用超音速火焰喷涂工艺制备单晶合金表面双层结构粘结层的方法。
背景技术
现代燃气涡轮发动机由于追求更高热效率或推重比，涡轮前温度不断提高，目前先进燃气涡轮发动机涡轮前温度已经高达1400℃，即使使用先进的冷却结构设计技术，高压涡轮叶片表面温度也超过了合金使用温度，必须使用热障涂层技术对叶片进行防护。热障涂层(Thermal Barrier Coating，TBC)是利用陶瓷材料优异的耐高温、隔热、抗腐蚀性能，以涂层的方式将陶瓷与金属基体相双层的一种高温结构材料表面防护技术。热障涂层的使用会显著提高航空发动机高温热端部件工作温度，提高热端部件使用寿命，从而提高燃气涡轮发动机热效率。
由于涡轮前温度的不断提高，高压涡轮叶片材料已经从定向凝固合金发展至先进的单晶高温合金，第二代先进单晶高温合金已经在国内外的先进燃气涡轮发动机中获得了应用。单晶合金表面热障涂层当使用包覆型MCrAlY(M:Ni，Co或Ni和Co)粘结层时，当服役温度达到1000℃以上时，合金和涂层之间会发生严重的互扩散，粘结层中的Al元素会扩散至合金中，使粘结层表面形成致密氧化膜的Al元素浓度下降，不能持续提供氧化消耗，降低粘结层抗氧化性能和由于Ni、Cr等选择氧化提高氧化膜脆性，进而降低热障服役寿命。单晶高温合金中W、Mo、Ta及Re等元素向外扩散至粘结层内部和表面，影响粘结层的机械性能和粘结层表面氧化膜完整性，降低热障服役寿命；Al元素扩散至合金基体的表层，由于成分的变化会导致有害TCP相的析出和二次反应区(SRZ)的形成，降低合金的疲劳性能。更为严重的是，越先进的单晶合金的抗高温氧化腐蚀性能会逐步下降(参考文献：Kyoko Kawagishi,Hiroshi Harada,AkihiroSato,Atsushi Sato,and Toshiharu Kobayashi.(2006).“The Oxidation Properties ofFourth Generation Single-Crystal Nickel-Based Superalloys.”JOM,58(1):43-46)，必须使用热障涂层或高温抗氧化涂层进行防护；而涂层制备过程中对单晶合金表面会产生应力变化和MCrAlY/单晶合金高温下互扩散带来的成分变化，会促进SRZ区域的形成、TCP相的生长和单晶合金表面胞状再结晶的形成，会极大的降低单晶合金的力学性能。
目前在先进单晶合金表面制备金属粘结层，需要对涂层体系和制备工艺体系进行优化，是目前国际的研究热点。主要方法有：(1)在合金表面制备贵金属、难熔金属或陶瓷阻扩散层，如Hf、Pt、RuNiAl、Ir-Ta、TiN或CrN等等，难熔金属或贵金属及其合金的成本较高，陶瓷阻扩散层较脆影响界面结合；(2)使用难熔金属或贵金属对粘结层进行改性，如Pt、Pd、Ta、Ru、Re等元素添加；(3)调控粘结层组织和成分，使其组织和合金接近，界面元素浓度达到相对平衡，抑制互扩散。上述方法的共同特性是成本较高，粘结层成分和性能调控复杂，或阻扩散层对界面结合性能产生影响。
因此，如何开发一种单晶合金表面粘结层，使其可以解决上述现有技术中存在的缺陷，即成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明涉及一种单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法，使其可以降低成本。
为实现上述目的，本发明提供一种单晶合金表面双层结构粘结层，用以涂覆在一单晶合金基体表面，该单晶合金表面双层结构粘结层包括：
一粘结层底层(NiCrAlY粘结层底层)，形成于该单晶合金基体表面，该粘结层底层包含Ni(镍)、Cr(铬)、Al(铝)及Y(钇)，其中Al在该粘结层底层所占重量比为4～6％；及
一粘结层顶层(NiCoCrAlYHfSi粘结层顶层)，形成于该粘结层底层相对于该单晶合金基体的另一表面，该粘结层顶层包含Ni(镍)、Co(钴)、Cr(铬)、Al(铝)、Y(钇)、Hf(铪)及Si(硅)，其中Al在该粘结层顶层所占重量比为11～13％；
其中，该粘结层底层的厚度为50～80μm，该粘结层顶层的厚度为20～35μm，该粘结层底层及该粘结层顶层的厚度比为8:2～6:4。
其中，该双层结构粘结层为使用超音速火焰喷涂工艺制备。
其中，该粘结层底层的成分为：以总重量100％计，24～26％的Cr，4～6％的Al，0.4～0.7％的Y，其余为Ni。
其中，该粘结层顶层的成分为：以总重量100％计，20～24％的Co，15～18％的Cr，11～13％的Al，0.1～1％的Y，0.1～0.5％的Hf，0.1～0.5％的Si，其余为Ni。
本发明还提供一种单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，该方法使用超音速火焰喷涂工艺(HVOF)，包括如下步骤：
1)备一单晶合金基体，该单晶合金基体表面使用0.1～0.15MPa压力进行喷砂处理；
2)在该单晶合金基体上以超音速火焰喷涂工艺制备一粘结层底层(NiCrAlY粘结层底层)，该粘结层底层包含Ni(镍)、Cr(铬)、Al(铝)及Y(钇)，其中Al在该粘结层底层所占重量比为4～6％，并该粘结层底层的厚度为50～80μm；
3)在该粘结层底层上以与步骤2)相同的超音速火焰喷涂工艺制备一粘结层顶层(NiCoCrAlYHfSi粘结层顶层)，该粘结层顶层包含Ni(镍)、Co(钴)、Cr(铬)、Al(铝)、Y(钇)、Hf(铪)及Si(硅)，其中Al在该粘结层顶层所占重量比为11～13％，并该粘结层顶层的厚度为20～35μm，该粘结层底层及该粘结层顶层的厚度比为8:2～6:4。
其中，该粘结层底层的成分为：以总重量100％计，24～26％的Cr，4～6％的Al，0.4～0.7％的Y，其余为Ni。
其中，该粘结层顶层的成分为：以总重量100％计，20～24％的Co，15～18％的Cr，11～13％的Al，0.1～1％的Y，0.1～0.5％的Hf，0.1～0.5％的Si，其余为Ni。
其中，于步骤1)中，具体操作可以采用如下方式：准备一单晶合金基体材料，使用无水丙酮清洗，再使用吸入式喷砂机在0.1～0.15Mpa喷砂气体压力下对该单晶合金基体材料的待喷涂面进行喷砂粗化处理，随后使用压缩空气吹尽表面残留砂粒并再次使用无水丙酮清洗，得一单晶合金基体，将该单晶合金基体安装在工装上，待喷涂。
其中，于步骤1)前，还包括备好该粘结层底层及该粘结层顶层的原料，将其制备成粒度范围适合超音速火焰喷涂的粉末；于步骤1)后，还包括将干燥的粘结层底层粉末放入超音速火焰喷涂设备的送粉器中。
其中，于步骤2)和步骤3)中，该超音速火焰喷涂工艺的喷涂工艺参数为：氧气流量38-45m3/h，煤油流量16-20m3/h，载气流量0.4～0.8m3/h，送粉量40～80g/min，喷枪摆动速率500～1000mm/s。该超音速火焰喷涂工艺可以使用氧-煤油超音速火焰喷涂设备来进行。
其中，在步骤2)和步骤3)喷涂之前，还包括在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热单晶合金基体表面至100～150℃。
其中，于步骤2)之后，还包括停止送粉，将超音速火焰喷涂设备的送粉器中的粘结层底层粉末更换为粘结层顶层粉末。
其中，于步骤3)之后，使用真空热处理工艺对涂层进行后处理。
其中，于步骤3)之后，在该粘结层顶层表面(即，该粘结层顶层相对于该粘结层底层的表面)制备热障涂层陶瓷层。
本发明公开了一种单晶合金表面双层结构粘结层及其制备方法，更具体的是利用超音速火焰喷涂工艺制备NiCrAlY/NiCoCrAlYHfSi双层结构粘结层的方法，与现有技术相比，具有如下显著技术优势：
利用本发明工艺在单晶合金表面制备双层粘结层，高铝含量和Hf、Si元素添加后，粘结层顶层可提高涂层高温下的抗高温氧化和腐蚀性能，低铝含量的粘结层底层可降低合金/粘结层间互扩散，降低界面应力和减少界面成分变化，减少单晶合金表层连续胞状再结晶和单晶合金表层有害析出物，从而减少单晶合金表层缺陷和有害相，降低涂层对合金疲劳性能的影响；
本发明的双层粘结层对基体力学性能影响极小，同时可大幅度提高合金表面涂层的抗高温氧化性能和合金的高温持久寿命，而且成本较低。
本发明的技术优势基于以下原理：
(1)较厚的低铝含量NiCrAlY粘结层底层为γ/γ’相，与单晶合金主要相组成相同，同时具有低铝含量，可抑制基体中难熔元素向外扩散和粘结层中Al元素向内扩散，减少单晶合金表层互扩散和再结晶引起的缺陷，减少高温下TCP相和连续胞状再结晶的形成；若NiCrAlY粘结层底层单一使用时，长时间高温抗氧化性能较差，会导致粘结层表层Al消耗殆尽，Ni、Cr选择氧化，对合金/涂层界面成分造成影响，进而增加合金表层缺陷；
(2)高Al含量的金属粘结层顶层，在涂层高温服役过程中，可以向涂层表层提供足够的Al以满足氧化消耗，粘结层表面会形成致密、连续的氧化铝膜，提高热障涂层的热循环寿命；
(3)本发明所使用的工艺参数为优化的参数范围，使用上述参数可以获得低氧含量、致密的金属粘结层，减少喷涂粘结层内部缺陷对Al元素向上扩散的影响，使涂层长时间保持良好的抗高温氧化性能；
(4)粘结层顶层添加Co和使用Hf、Si改性后，进一步提高粘结层的抗高温腐蚀性能。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1a为采用本发明优化工艺后制备的致密NiCrAlY/NiCoCrAlYHfSi涂层截面形貌；
图1b为本发明一较佳实施例所公开的单晶合金表面双层结构粘结层示意图；
图2为两种超音速火焰喷涂粘结层及1100℃，200h氧化后涂层相结构；
图3为NiCrAlY涂层和NiCrAlY/NiCrAlYHfSi涂层氧化动力学曲线；
图4a为NiCrAlY涂层1100℃循环氧化50h后截面形貌；
图4b为NiCrAlY/NiCrAlYHfSi涂层1100℃循环氧化50h后截面形貌；
图4c为NiCrAlY涂层1100℃循环氧化200h后截面形貌；
图4d为NiCrAlY/NiCrAlYHfSi涂层1100℃循环氧化200h后截面形貌；
图5a为IC10单晶合金表面NiCrAlY涂层1100℃循环氧化200h后涂层/合金界面处截面(侵蚀后)形貌；
图5b为IC10单晶合金表面NiCrAlY/NiCoCrAlYHfSi涂层1100℃循环氧化200h后涂层/合金界面处截面(侵蚀后)形貌；
图6a为DD6单晶合金表面双层结构层厚比1:1(底层：顶层)粘结层循环氧化200h后截面背散射图；
图6b为IC10单晶合金表面双层结构层厚比5:6(底层：顶层)粘结层循环氧化200h后截面背散射图；
图6c为DD6单晶合金表面双层结构层厚比8:2(底层：顶层)粘结层循环氧化200h后截面背散射图；
图6d为IC10单晶合金表面双层结构层厚比7:3(底层：顶层)粘结层循环氧化200h后截面背散射图。
其中，附图标记：
1单晶合金基体
2粘结层底层
3粘结层顶层
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明提供的一种单晶合金表面双层结构粘结层及制备方法进行详细说明。
请参考图1a及图1b，图1a为采用本发明方法制备的单晶合金表面双层结构粘结层(NiCrAlY/NiCoCrAlYHfSi涂层)截面形貌，图1b为本发明的单晶合金表面双层结构粘结层示意图(仅为层结构示意，不代表各个层结构之间有如图所示的平整界面，也不代表层结构有如图所示的厚度比例等)。本发明方法制备的单晶合金表面双层结构粘结层，涂覆在一单晶合金基体1表面，由NiCrAlY粘结层底层2和NiCoCrAlYHfSi粘结层顶层3所组成。其中粘结层底层2成分为(重量百分比)：24～26％铬，4％～6％铝和0.4～0.7％钇，其余为镍，上述元素总量为100％；粘结层顶层3成分为(重量百分比)：20～24％钴，15～18％铬，11～13％铝，0.1～1％钇，0.1～0.5％铪和0.1～0.5％硅，其余为镍。粘结层底层2厚度为50～80μm；粘结层顶层3厚度为20～35μm；双层结构涂层中，粘结层底层2和粘结层顶层3的厚度比为8：2～6：4。
如图1a所示，本发明所提出的超音速火焰喷涂双层金属粘结层致密、连续，无间断性缺陷，无明显的氧化簇和氧化物，无明显的孔洞存在，该粘结层在高温氧化过程中可为表层提高持续Al消耗以维持较好的抗高温氧化性能(图2)。
所述的双层结构粘结层制备的具体步骤如下：
第一步：准备单晶合金基体材料，使用无水丙酮清洗，使用吸入式喷砂机在0.1～0.15Mpa喷砂气体压力下对待喷涂面进行喷砂粗化处理，随后使用压缩空气吹尽表面残留砂粒并再次使用无水丙酮清洗，将基体其安装在工装上，待喷涂。
第二步：将干燥的粘结层粉末放入送粉器中(需准备好粘结层底层原料粉末和粘结层顶层原料粉末，所述粘结层底层成分为(重量百分比)：24～26％铬，4％～6％铝和0.4～0.7％钇，其余为镍，上述元素总量为100％；所述粘结层顶层成分为(重量百分比)：20～24％钴，15～18％铬，11～13％铝，0.1～1％钇，0.1～0.5％铪和0.1～0.5％硅，其余为镍。制备涂层前，需将上述成分材料制备成粒度范围等适合超音速火焰喷涂的粉末)。
第三步：开启氧-煤油超音速火焰喷涂设备，喷涂工艺参数为：
氧气流量：38-45m3/h；
煤油流量：16-20m3/h；
载气流量：0.4～0.8m3/h；
送粉量：40～80g/min；
喷枪摆动速率：500～1000mm/s。
第四步：在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热基体表面至100～150℃。
第五步：开启送粉，按第三步工艺参数条件制备粘结层底层，控制粘结层底层厚度范围为50～80μm。
第六步：停止送粉并更换为粘结层顶层粉末，在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热粘结层底层表面至100～150℃，在上述工艺参数条件下制备粘结层顶层，控制粘结层顶层厚度范围为20～35μm。双层结构涂层底层和顶层厚度比为8：2～6：4。
第七步：上述双层结构粘结层制备完成后，可直接使用在表面制备热障涂层陶瓷层，也可使用真空热处理工艺对涂层进行进一步的后处理。
上述双层结构粘结层中底层为NiCrAlY，涂层为γ/γ’相，顶层为NiCoCrAlYHfSi，涂层为β、γ/γ’相(图2)，双层结构顶层具有较高的Al含量(11～13％)，因而涂层具有较优异的抗高温氧化性能(图3)，在1100℃、200h氧化后，双层结构涂层氧化速率相对NiCrAlY单一涂层，降低13.5％。同时所述双层粘结层表面氧化层主要由氧化铝为主(图2)，而NiCrAlY涂层1100℃氧化一定时间后，表面氧化层由氧化铝为主转变为以脆性尖晶石相为主(图2，图4a、图4c)，NiCrAlY涂层氧化50h和200h后氧化层厚度分别为10～15μm和15～30μm，较厚的氧化层厚度和较高含量的脆性尖晶石相会影响热障涂层界面应力和降低热障服役寿命。高Al的NiCoCrAlYHfSi涂层1100℃下氧化200h后，氧化层仍然以致密氧化铝为主(图2，图4b、图4d)，双层结构粘结层氧化200h后表面氧化层厚度仍然低于10μm，作为与热障涂层陶瓷层接触的界面，致密的氧化铝氧化层和较低的厚度，会提高热障涂层服役寿命。
实施例1：DD6单晶合金表面制备双层结构粘结层
第一步：准备DD6单晶合金基体材料，使用无水丙酮清洗，使用吸入式喷砂机在0.1Mpa喷砂气体压力下对待喷涂面进行喷砂粗化处理，随后使用压缩空气吹尽表面残留砂粒并再次使用无水丙酮清洗，将基体其安装在工装上，待喷涂。
第二步：将干燥的Ni26Cr4Al0.4Y(此处简写方式表示：“总重量100％计，0.4％的Y、4％的Al、26％的Cr，剩余为Ni”，后文采取同样的简写方式，不再赘述)和Ni20Co18Cr12Al0.7Y0.5Hf0.1Si粘结层粉末分别放入送粉器中。
第三步：开启氧-煤油超音速火焰喷涂设备，喷涂工艺参数为：
氧气流量：38m3/h；
煤油流量：17m3/h；
载气流量：0.4m3/h；
送粉量：40g/min；
喷枪摆动速率：500mm/s。
第四步：在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热基体表面至100℃。
第五步：开启送粉，按第三步工艺参数条件制备粘结层底层，所制备粘结层底层厚度80μm。
第六步：停止送粉并更换为粘结层顶层粉末，在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热粘结层底层表面至150℃，在上述工艺参数条件下制备粘结层顶层，控制粘结层顶层厚度为20μm。双层结构涂层底层和顶层厚度比为8：2。
将上述DD6单晶合金表面层厚比为8:2涂层和相同条件下制备的层厚比为1:1涂层，在1100℃下进行200h循环氧化，层厚比为1:1双层结构粘结层基体表层出现了明显的二次扩散区(SRZ)和针状TCP有害相(图6a)，而层厚比8:2涂层中未出现SRZ区域和TCP相(图6c)，说明层厚比一定范围内双层结构粘结层可有效的抑制涂层/单晶合金互扩散，避免出现SRZ区域和TCP相。
实施例2：在IC10单晶合金表面制备双层结构粘结层
第一步：准备IC10单晶合金基体材料，使用无水丙酮清洗，使用吸入式喷砂机在0.15Mpa喷砂气体压力下对待喷涂面进行喷砂粗化处理，随后使用压缩空气吹尽表面残留砂粒并再次使用无水丙酮清洗，将基体其安装在工装上，待喷涂。
第二步：将干燥的Ni24Cr6Al0.7Y和Ni24Co15Cr13Al0.1Y0.5Hf0.5Si粘结层粉末分别放入送粉器中。
第三步：开启氧-煤油超音速火焰喷涂设备，喷涂工艺参数为：
氧气流量：45m3/h；
煤油流量：20m3/h；
载气流量：0.8m3/h；
送粉量：80g/min；
喷枪摆动速率：1000mm/s。
第四步：在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热基体表面至150℃。
第五步：开启送粉，按第三步工艺参数条件制备粘结层底层，所制备粘结层底层厚度70μm。
第六步：停止送粉并更换为粘结层顶层粉末，在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热粘结层底层表面至100℃，在上述工艺参数条件下制备粘结层顶层，控制粘结层顶层厚度为30μm。双层结构涂层底层和顶层厚度比为7：3。
将上述IC10单晶合金表面层厚比为7:3涂层和相同条件下制备的单层NiCrAlY涂层，在1100℃下进行200h循环氧化，对基体和涂层进行侵蚀后，单层NiCrAlY涂层下方IC10单晶合金表层形成了明显的胞状再结晶，且部分胞状再结晶层连续(图5a)，而层厚比为7:3的双层结构粘结层下方未出现明细的胞状再结晶(图5b)，说明双层结构涂层可有效的抑制胞状再结晶层形成。
实施例3：在IC10单晶合金表面制备双层结构粘结层
第一步：准备IC10单晶合金基体材料，使用无水丙酮清洗，使用吸入式喷砂机在0.15Mpa喷砂气体压力下对待喷涂面进行喷砂粗化处理，随后使用压缩空气吹尽表面残留砂粒并再次使用无水丙酮清洗，将基体其安装在工装上，待喷涂。
第二步：将干燥的Ni25Cr5Al0.6Y和Ni22Co16Cr11Al1Y0.1Hf0.5Si粘结层粉末分别放入送粉器中。
第三步：开启氧-煤油超音速火焰喷涂设备，喷涂工艺参数为：
氧气流量：40m3/h；
煤油流量：17m3/h；
载气流量：0.5m3/h；
送粉量：60g/min；
喷枪摆动速率：800mm/s。
第四步：在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热基体表面至150℃。
第五步：开启送粉，按第三步工艺参数条件制备粘结层底层，所制备粘结层底层厚度70μm。
第六步：停止送粉并更换为粘结层顶层粉末，在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热粘结层底层表面至150℃，在上述工艺参数条件下制备粘结层顶层，控制粘结层顶层厚度为30μm。双层结构涂层底层和顶层厚度比为7：3。
将上述IC10单晶合金表面层厚比为7:3涂层和相同条件下制备的层厚比5:6双层结构涂层，在1100℃下进行200h循环氧化，层厚比为5:6双层结构粘结层基体表层出现了明显的二次扩散区(SRZ)(图6b)，而层厚比7:3涂层中未出现SRZ区域(图6d)，说明层厚比一定范围内双层结构粘结层可有效的抑制涂层/单晶合金互扩散，避免出现SRZ区域。
同样加工高温持久IC10单晶合金样品，利用实施例3中工艺制备涂层，对IC10光板试样和制备层厚比7:3双层结构粘结层涂层的IC10合金试样，在980℃/250MPa条件下进行高温持久性能测试，结果如表1所示。制备层厚比7:3双层结构粘结层后，IC10合金的持久寿命由7.46h提高至13.64h，提高幅度为82.8％。
表1IC10单晶合金和带涂层合金高温持久性能
实施例4：在DD32单晶合金表面制备双层结构粘结层
第一步：准备DD32单晶合金基体材料，使用无水丙酮清洗，使用吸入式喷砂机在0.13Mpa喷砂气体压力下对待喷涂面进行喷砂粗化处理，随后使用压缩空气吹尽表面残留砂粒并再次使用无水丙酮清洗，将基体其安装在工装上，待喷涂。
第二步：将干燥的Ni26Cr4Al0.5Y和Ni23Co17Cr12Al0.4Y0.3Hf0.4Si粘结层粉末分别放入送粉器中。
第三步：开启氧-煤油超音速火焰喷涂设备，喷涂工艺参数为：
氧气流量：38m3/h；
煤油流量：20m3/h；
载气流量：0.6m3/h；
送粉量：50g/min；
喷枪摆动速率：500mm/s。
第四步：在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热基体表面至150℃。
第五步：开启送粉，按第三步工艺参数条件制备粘结层底层，所制备粘结层底层厚度60μm。
第六步：停止送粉并更换为粘结层顶层粉末，在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热粘结层底层表面至150℃，在上述工艺参数条件下制备粘结层顶层，控制粘结层顶层厚度为40μm。双层结构涂层底层和顶层厚度比为6：4。
第七步：在980℃，4h真空热处理条件下对涂层进行热处理。
将DD32光板样品和制备上述涂层的DD32样品，在900℃，300MPa条件下进行高温旋转弯曲疲劳性能测试，光板样品平均循环次数为1.05×107次，带涂层样品平均循环次数为1.02×107次，均达到疲劳极限；说明制备双层结构粘结层，降低高温下涂层和基体互扩散，同时减少连续胞状再结晶、抑制SRZ和TCP相生长，降低涂层对单晶合金基体疲劳性能的影响。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种单晶合金表面双层结构粘结层，用以涂覆在一单晶合金基体表面，其特征在于，该单晶合金表面双层结构粘结层包括：
一粘结层底层，形成于该单晶合金基体表面，该粘结层底层包含Ni、Cr、Al及Y，其中Al在该粘结层底层所占重量比为4～6％；及
一粘结层顶层，形成于该粘结层底层相对于该单晶合金基体的另一表面，该粘结层顶层包含Ni、Co、Cr、Al、Y、Hf及Si，其中Al在该粘结层顶层所占重量比为11～13％；
其中，该粘结层底层的厚度为50～80μm，该粘结层顶层的厚度为20～35μm，该粘结层底层及该粘结层顶层的厚度比为8:2～6:4。
2.根据权利要求1所述的单晶合金表面双层结构粘结层，其特征在于，该粘结层底层的成分为：以总重量100％计，24～26％的Cr，4～6％的Al，0.4～0.7％的Y，其余为Ni。
3.根据权利要求1或2所述的单晶合金表面双层结构粘结层，其特征在于，该粘结层顶层的成分为：以总重量100％计，20～24％的Co，15～18％的Cr，11～13％的Al，0.1～1％的Y，0.1～0.5％的Hf，0.1～0.5％的Si，其余为Ni。
4.一种单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，该方法使用超音速火焰喷涂工艺，包括如下步骤：
1)备一单晶合金基体，该单晶合金基体表面使用0.1～0.15MPa压力进行喷砂处理；
2)在该单晶合金基体上以超音速火焰喷涂工艺制备一粘结层底层，该粘结层底层包含Ni、Cr、Al及Y，其中Al在该粘结层底层所占重量比为4～6％，并该粘结层底层的厚度为50～80μm；以及
3)在该粘结层底层上以与步骤2)相同的超音速火焰喷涂工艺制备一粘结层顶层，该粘结层顶层包含Ni、Co、Cr、Al、Y、Hf及Si，其中Al在该粘结层顶层所占重量比为11～13％，并该粘结层顶层的厚度为20～35μm，该粘结层底层及该粘结层顶层的厚度比为8:2～6:4。
5.根据权利要求4所述的单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，该粘结层底层的成分为：以总重量100％计，24～26％的Cr，4～6％的Al，0.4～0.7％的Y，其余为Ni。
6.根据权利要求4或5所述的单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，该粘结层顶层的成分为：以总重量100％计，20～24％的Co，15～18％的Cr，11～13％的Al，0.1～1％的Y，0.1～0.5％的Hf，0.1～0.5％的Si，其余为Ni。
7.根据权利要求4所述的单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，于步骤2)和步骤3)中，该超音速火焰喷涂工艺的喷涂工艺参数为：氧气流量38-45m3/h，煤油流量16-20m3/h，载气流量0.4～0.8m3/h，送粉量40～80g/min，喷枪摆动速率500～1000mm/s。
8.根据权利要求4所述的单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，在步骤2)和步骤3)喷涂之前，还包括在无送粉状态下使用超音速火焰均匀预热单晶合金基体表面至100～150℃。
9.根据权利要求4所述的单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，于步骤3)之后，使用真空热处理工艺对涂层进行后处理。
10.根据权利要求4或9所述的单晶合金表面双层结构粘结层的制备方法，其特征在于，于步骤3)之后，在该粘结层顶层表面制备热障涂层陶瓷层。
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