CN112030097A - 一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法。本发明燃气轮机用高温梯度封严涂层，包粘结底层、阻氧层上和封严面层，粘结底层的喷涂原料为NiCrAl合金团聚粉末或NiCoCrAlY合金团聚粉末，阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，组分包括：锆铌合金60～70wt.％、纳米α‑Al2O310～20wt.％、纳米铝粉20～30wt.％；封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，组分为：纳米ZrO275～90wt.％、纳米Y2O35～15wt.％、纳米α‑Al2O35～20wt.％。制备得到的燃气轮机用高温梯度封严涂层具有使用寿命长的特点。

Description

一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法。
背景技术
钢铁企业是一个高耗能性企业，其能源消耗量占全国能源总能耗的10～20％，占工业部门总能耗的20～25％，能源消耗费用占企业生产成本约25％，而在钢铁生产中产生的煤气更是占整个能源的30～40％，是钢铁企业重要的二次能源。如何利用副产煤气降低能源消耗、提高能源综合利用率，是钢铁企业提高经济效益，实现绿色制造的重要途径。CCPP做为钢铁企业最高效的二次能源节能装置，其燃气轮机组的效率和关键设备的使用寿命对钢铁企业能源的二次利用具有重大意义。随着CCPP燃气轮机向高流量比、高推重比和高进口温度方向发展，对高温部件的耐高温能力也提出了更高的要求。为了获得更高的能源效率和更大的推力，航空发动机和重型燃气轮机涡轮进口温度已经高达1300℃以上，一方面要求燃烧室装置耐高温燃气烧蚀性能优异，另一方面，要求燃烧室内表面具备一定的硬度和可磨耗性能。目前仅靠材料性能的提高和结构设计的改进，已经无法满足飞速发展的燃气轮机实现高推重比、高流量等工业的需求，而高温防护涂层技术已成为实现燃气轮机高效运行最重要途径。第四代高温防护涂层——氧化锆涂层已经在部分航空发动机高温部件(导向叶片、火焰筒、隔热屏等)上得到了应用，但是这种涂层并不适用于地面燃气轮机。因为燃气轮机与航空发动机有两个明显的差异：燃气轮机的使用寿命(或一次修理寿命)是航空发动机的20倍以上，达到10万小时(大修寿命2.5万小时)，而目前用于航空发动机的热障涂层使用寿命仅几百小时；底层材料耐燃气腐蚀性能也无法满足燃气轮机的需求，钢铁企业CCPP燃气轮机燃烧、压缩介质主要是钢铁企业副产的高炉、焦炉煤气，燃气的清洁程度极低，煤气中含有大量的焦油、萘、苯、硫化物以及水蒸汽和固体颗粒等腐蚀性污染物使高温零部件承受更为苛刻的高温腐蚀，使其有机活性基团脆化、老化失效，降低密封涂层和设备使用寿命，因此急需开发研究一种适用于国内钢铁行业CCPP燃气轮机用的高温密封涂层。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气轮机用高温梯度封严涂层及其制备方法，制备得到的燃气轮机用高温梯度封严涂层具有使用寿命长的特点。
为实现上述目的，本发明所设计的一种燃气轮机用高温梯度封严涂层，包括喷涂在燃气轮机基体上的粘结底层、喷涂在粘结底层上的阻氧层和喷涂在阻氧层上的封严面层，所述粘结底层的喷涂原料为NiCrAl合金团聚粉末或NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCrAl合金团聚粉末的组分包括：Cr 30～60wt.％、Al 10～20wt.％、Ni 20～50wt.％；NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 30～50wt.％、Al 10～20wt.％、Ni 20～50wt.％、Co≤10wt.％、Y≤5wt.％；所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金60～70wt.％、纳米α-Al2O3 10～20wt.％、纳米铝粉20～30wt.％；所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO2 75～90wt.％、纳米Y2O35～15wt.％、纳米α-Al2O3 5～20wt.％。
作为优选方案，所述粘结底层的厚度为0.1～0.2mm；所述阻氧层的厚度为0.1～0.3mm；所述封严面层的厚度为1.5～2.0mm，所述燃气轮机用高温梯度封严涂层的总厚度不超过2.5mm。
作为优选方案，所述粘结底层的喷涂原料为NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 40～48wt.％、Al12～15wt.％、Ni 30～36wt.％、Co 5～8wt.％、Y 2～4wt.％；所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金65～70wt.％、纳米α-Al2O3 10～15wt.％、纳米铝粉20wt.％；所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO2 75～80wt.％、纳米Y2O3 5～10wt.％、纳米α-Al2O3 10～20wt.％。
作为优选方案，所述粘结底层的喷涂原料为NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 40wt.％、Al 12wt.％、Ni 36wt.％、Co 8wt.％、Y 4wt.％；所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金65wt.％、纳米α-Al2O3 15wt.％、纳米铝粉20wt.％；所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO275wt.％、纳米Y2O3 5wt.％、纳米α-Al2O320wt.％。
作为优选方案，所述锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成。
作为优选方案，所述纳米铝粉为经过多次钝化处理的纳米铝粉。
一种制备燃气轮机用高温梯度封严涂层的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)制粉
a，按比例准确称取粘结底层的喷涂原料，经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆；按比例准确称取阻氧层的喷涂原料和封严面层的喷涂原料的组分，并分别将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆和封严面层料浆；
b，将粘结底层料浆、阻氧层料浆和封严面层料浆依次经过喷雾造粒和筛分工艺制得粘结底层空心团聚粉末、阻氧层空心团聚粉末和封严面层空心团聚粉末；
(2)喷涂
先将燃气轮机基体表面粗化，然后通过真空等离子喷涂工艺依次将粘结底层空心团聚粉末、阻氧层空心团聚粉末和封严面层空心团聚粉末喷涂在燃气轮机基体表面上。
作为优选方案，所述步骤(1)中，所述喷雾造粒的喷雾造粒塔温度控制在110～320℃。
作为优选方案，所述粘结底层空心团聚粉末的粒径为200～250目；所述阻氧层空心团聚粉末的粒径为150～200目；所述封严面层空心团聚粉末的粒径为300～400目。
作为优选方案，所述步骤(2)中，燃气轮机基体表面粗化的过程为，利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
本发明的优点在于：与现有技术相比，本发明具有的优点如下：
(1)本发明粘结底层的喷涂原料选用NiCrAl合金或NiCoCrAlY合金，目的在于镍铬合金不仅可以有效防止煤气燃烧过程中烟气冲蚀，同时具有较好耐高温和隔热功能，燃烧室壳体内表面材料为镍铬合金，粘结底层选用与燃气轮机壳体材料相近的NiCrAl或NiCoCrAlY合金，在喷涂过程中可以有效提高涂层与燃气轮机燃烧室内壳体结合强度、减少界面应力，防止涂层在冷热交替过程中产生较大应力致使涂层脱落失效。
(2)本发明阻氧层的喷涂原料选用多组元铝包覆锆铌合金，其中的锆铌合金可以有效阻止煤气燃烧过程中对基体和涂层腐蚀，同时锆中加入少量铌可以提高涂层致密性和耐磨性，有效防止涂层被氧化失效的速率，进而延长涂层使用寿命，而且阻氧层选用经过合适钝化处理的纳米铝粉，既能在喷涂过程发挥纳米铝粉的高活性，又能保证安全性，另外采用多组元多层均匀团聚包覆技术得到的团聚粉末均匀性、流动性、松装密度及燃烧特性均优于传统的包覆粉，在喷涂过程中基体和阻氧层中铝、镍、锆、铌发生强烈的放热化学反应形成结合强度较高的金属间化合物，提高了阻氧层内颗粒间的结合及与基体的结合强度。
(3)本发明封严面层的喷涂原料选用纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基(Y-PSZ)是指含有5～15wt.％纳米Y2O3的部分稳定的纳米氧化锆，加入Y2O3使ZrO2在1300℃左右性能稳定，氧化钇部分稳定的氧化锆涂层具有比粘接层和阻氧层底层更为明显的抗氧化性、耐高温腐蚀性，具有更良好的抗热循环能力和抗热盐腐蚀能力，适用于重型燃气轮机封严涂层面层，而且封严面层中还加入纳米α-Al2O3，纳米α-Al2O3熔点较纳米氧化锆低，在喷涂过程中较易熔化，因此提高了涂层材料的沉积效率和致密性。
(4)本发明的喷涂工艺采用焰流速度高、粒子动能大，形成的涂层致密性好、结合强度高的真空等离子喷涂工艺，有效避免喷涂过程中发生氧化和熔融不完全导致涂层出现裂纹。
附图说明
图1为传统氧化锆涂层使用8000小时后表面的扫描电镜图；
图2为传统氧化锆涂层使用8000小时后截面的扫描电镜图；
图3为本发明高温梯度封严涂层使用8000小时后表面的扫描电镜图；
图4为本发明高温梯度封严涂层使用8000小时后截面的扫描电镜图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。
实施例1
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCoCrAlY合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr40％；Al 12％；Ni 36％，Co 8％；Y 4％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，65％锆铌合金、15％纳米α-Al2O3、20％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，75％纳米ZrO2、5％纳米Y2O3、20％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在110℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到200目的粘结底层空心团聚粉末、200目的阻氧层空心团聚粉末和300目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.1mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.15mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为2.0mm。
粘结底层、阻氧层和封严面层的喷涂工艺均为真空状态，采用真空状态的喷涂工艺能够保证粘接层和阻氧层材料不被氧化，同时在喷涂过程中基体和粘结底层、阻氧层和封严面层中的铝、镍、锆、铌元素发生强烈的放热化学反应形成结合强度较高的金属间化合物，提高了粘结底层、阻氧层和封严面层颗粒间的结合强度以及提高了粘结底层、阻氧层和封严面层与基体的结合强度。
将喷涂有本实施例的高温梯度封严涂层的CCPP燃气轮机运行8000小时(小修)后，利用扫描电镜观察涂层的状态，结合图3和图4所示，涂层表面形貌完整，未见脱落痕迹，未见明显的裂纹，截面致密性高，未见明显断层现象。
将喷涂有传统氧化锆涂层(第四代高温防护涂层)的CCPP燃气轮机运行8000小时(小修)后，利用扫描电镜观察涂层的状态，结合图1和图2所示，涂层表面严重断裂，并伴有涂层脱落，截面断层现象严重。
实施例2
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCoCrAlY合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr48％；Al 15％；Ni 30％，Co 5％；Y 2％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，70％锆铌合金、10％纳米α-Al2O3、20％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，80％纳米ZrO2、10％纳米Y2O3、10％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在200℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到250目的粘结底层空心团聚粉末、200目的阻氧层空心团聚粉末和400目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.1mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.20mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为2.0mm。
实施例3
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCoCrAlY合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr30％；Al 10％；Ni 50％，Co 5％；Y 5％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，70％锆铌合金、15％纳米α-Al2O3、15％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，80％纳米ZrO2、5％纳米Y2O3、15％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在320℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到220目的粘结底层空心团聚粉末、180目的阻氧层空心团聚粉末和350目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.15mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.30mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为1.5mm。
实施例4
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCoCrAlY合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr50％；Al 20％；Ni 20％，Co 9％；Y 1％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，60％锆铌合金、10％纳米α-Al2O3、30％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，80％纳米ZrO2、5％纳米Y2O3、15％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在300℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到250目的粘结底层空心团聚粉末、150目的阻氧层空心团聚粉末和400目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.20mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.10mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为2.0mm。
实施例5
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCoCrAlY合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr50％；Al 19％；Ni 20％，Co 10％；Y 1％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，60％锆铌合金、20％纳米α-Al2O3、20％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，90％纳米ZrO2、5％纳米Y2O3、5％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在300℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到250目的粘结底层空心团聚粉末、150目的阻氧层空心团聚粉末和400目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.10mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.30mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为1.5mm。
实施例6
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCrAl合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr30％；Al 20％；Ni 50％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，65％锆铌合金、15％纳米α-Al2O3、20％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，75％纳米ZrO2、10％纳米Y2O3、15％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在300℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到250目的粘结底层空心团聚粉末、150目的阻氧层空心团聚粉末和400目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.15mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.25mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为1.6mm。
实施例7
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCrAl合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr50％；Al 10％；Ni 40％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，65％锆铌合金、15％纳米α-Al2O3、20％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，75％纳米ZrO2、5％纳米Y2O3、20％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在300℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到250目的粘结底层空心团聚粉末、150目的阻氧层空心团聚粉末和400目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.10mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.20mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为2.0mm。
实施例8
一种燃气轮机用高温梯度封严涂层的制备方法，包括步骤：
(1)制粉
(1.1)配料和包覆：
粘结底层：底层材料为NiCrAl合金粉末，按重量百分比精准称取原料粉末，Cr60％；Al 20％；Ni 20％；将原料经过经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆。
阻氧层：按重量百分比精准称取原料粉末，65％锆铌合金、15％纳米α-Al2O3、20％纳米铝粉，其中锆铌合金由锆(Zr)和铌(Nb)按照1：1的比例混合制成，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆。
封严面层：按重量百分比精准称取原料粉末，80％纳米ZrO2、15％纳米Y2O3、5％纳米α-Al2O3，将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成封严面层料浆。
(1.2)喷雾造粒
将步骤(1.1)所得到的料浆在喷雾造粒塔内经雾化干燥，喷雾造粒塔温度控制在300℃，制成空心团聚粉末。
(1.3)筛分
将步骤(1.2)所得到的空心团聚粉末过筛，取包覆完整、均匀性较好的空心团聚粉末，分别得到250目的粘结底层空心团聚粉末、150目的阻氧层空心团聚粉末和400目的封严面层空心团聚粉末。
(2)喷涂
(2.1)粗化基体
利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
(2.2)喷涂粘结底层
通过真空等离子喷涂工艺将粘结底层空心团聚粉末喷涂在粗化后的基体上，形成粘结底层，厚度为0.20mm。
(2.3)喷涂阻氧层
通过真空等离子喷涂工艺将阻氧层空心团聚粉末喷涂在粘结底层上，形成阻氧层，厚度为0.10mm。
(2.4)喷涂封严面层
通过真空等离子喷涂工艺将封严面层空心团聚粉末喷涂在阻氧层上形成封严面层，厚度为1.5mm。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃气轮机用高温梯度封严涂层，包括喷涂在燃气轮机基体上的粘结底层、喷涂在粘结底层上的阻氧层和喷涂在阻氧层上的封严面层，其特征在于，
所述粘结底层的喷涂原料为NiCrAl合金团聚粉末或NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCrAl合金团聚粉末的组分包括：Cr 30～60wt.％、Al 10～20wt.％、Ni 20～50wt.％；NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 30～50wt.％、Al 10～20wt.％、Ni 20～50wt.％、Co≤10wt.％、Y≤5wt.％；
所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金60～70wt.％、纳米α-Al2O3 10～20wt.％、纳米铝粉20～30wt.％；
所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO2 75～90wt.％、纳米Y2O3 5～15wt.％、纳米α-Al2O3 5～20wt.％。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层，其特征在于，所述粘结底层的厚度为0.1～0.2mm；所述阻氧层的厚度为0.1～0.3mm；所述封严面层的厚度为1.5～2.0mm，所述燃气轮机用高温梯度封严涂层的总厚度不超过2.5mm。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层，其特征在于，所述粘结底层的喷涂原料为NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 40～48wt.％、Al 12～15wt.％、Ni 30～36wt.％、Co 5～8wt.％、Y 2～4wt.％；
所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金65～70wt.％、纳米α-Al2O3 10～15wt.％、纳米铝粉20wt.％；
所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO2 75～80wt.％、纳米Y2O3 5～10wt.％、纳米α-Al2O3 10～20wt.％。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层，其特征在于，所述粘结底层的喷涂原料为NiCoCrAlY合金团聚粉末，NiCoCrAlY合金团聚粉末的组分包括：Cr 40wt.％、Al12wt.％、Ni 36wt.％、Co 8wt.％、Y 4wt.％；
所述阻氧层的喷涂原料为多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末，多组元铝包覆锆铌合金团聚粉末的组分包括：锆铌合金65wt.％、纳米α-Al2O3 15wt.％、纳米铝粉20wt.％；
所述封严面层的喷涂原料为纳米氧化锆基团聚粉末，纳米氧化锆基团聚团聚粉末包括的组分为：纳米ZrO2 75wt.％、纳米Y2O3 5wt.％、纳米α-Al2O3 20wt.％。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层，其特征在于，所述锆铌合金由Zr和Nb按照1：1的比例混合制成。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层，其特征在于，所述纳米铝粉为经过多次钝化处理的纳米铝粉。
7.一种制备权利要求1～6中任一项所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)制粉
a，按比例准确称取粘结底层的喷涂原料，经过三元混合粘结剂及多层机械团聚包覆工艺制成粘结底层料浆；按比例准确称取阻氧层的喷涂原料和封严面层的喷涂原料的组分，并分别将原料经过包覆组元选粒、预包覆、多层均匀包覆工艺制成阻氧层料浆和封严面层料浆；
b，将粘结底层料浆、阻氧层料浆和封严面层料浆依次经过喷雾造粒和筛分工艺制得粘结底层空心团聚粉末、阻氧层空心团聚粉末和封严面层空心团聚粉末；
(2)喷涂
先将燃气轮机基体表面粗化，然后通过真空等离子喷涂工艺依次将粘结底层空心团聚粉末、阻氧层空心团聚粉末和封严面层空心团聚粉末喷涂在燃气轮机基体表面上。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述喷雾造粒的喷雾造粒塔温度控制在110～320℃。
9.根据权利要求7所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层的方法，其特征在于，所述粘结底层空心团聚粉末的粒径为200～250目；所述阻氧层空心团聚粉末的粒径为150～200目；所述封严面层空心团聚粉末的粒径为300～400目。
10.根据权利要求7所述的燃气轮机用高温梯度封严涂层的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，燃气轮机基体表面粗化的过程为，利用压缩空气将硬质棕刚玉磨料高速喷射到需要喷涂的燃气轮机基体表面，使表面粗化，粗化完成后再用压缩空气清扫基体表面至无杂质污染物。
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Application publication date: 20201204