CN113881884A - 一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料，其组成为等原子比的金属元素Al，Co，Cr，Fe，Ni，活性元素Y和Hf的添加量均为0.5wt％。本发明还涉及一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料的制备方法，其包括步骤利用真空磁悬浮熔炼技术制备合金块体；利用破碎机和行星球磨机球磨成粉末；利用标准筛对粉末进行筛分；镍基高温合金基体表面处理；利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备过渡层；利用大气等离子喷涂在过渡层表面制备Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。根据本发明的粘结层材料具有更高的耐热温度、更长的服役寿命和更优异的抗氧化性能，其在提高服役温度和抗氧化性能的同时，可以显著降低成本。

Description

一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热障涂层，更具体地涉及一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料及其制备方法。
背景技术
MCrAlY(M＝Ni、Co)作为热障涂层粘结层在航空发动机与燃气轮机叶片等镍基合金热端部件上得到广泛应用，能够有效提高部件的高温抗氧化性能，从而有效延长耐热部件的服役寿命。随着航空发动机和燃气轮机服役温度的不断提高，对粘结层的耐热温度以及抗氧化性能提出了更高的要求，然而MCrAlY能够长期稳定的服役温度低于1100℃，无法满足未来粘结层的温度需求。Pt改性在一定程度上能够改善MCrAlY的抗氧化性能，但是效果有限，无法从根本上解决其服役温度不足的问题。同时，Pt价值过高，难以实现工业应用。
发明内容
为了解决上述现有技术中的MCrAlY粘结层的服役温度不足等问题，本发明提供一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料及其制备方法。
根据本发明的长寿命抗氧化高熵粘结层材料，其组成为等原子比的金属元素Al，Co，Cr，Fe，Ni，活性元素Y和Hf的添加量均为0.5wt％。也就是说，除了添加的活性元素Y和Hf之外，金属元素的组成为20at％Al，20at％Co，20at％Cr，20at％Fe，20at％Ni。
根据本发明的上述的长寿命抗氧化高熵粘结层材料的制备方法，其包括步骤：S1，按照组成称取Al，Co，Cr，Fe，Ni，Y和Hf；S2，利用真空磁悬浮熔炼技术制备合金块体；S3，利用破碎机将合金块体破碎成1-5mm直径的细小颗粒，利用行星球磨机将细小颗粒球磨成粉末；S4，利用标准筛对粉末进行筛分，进而获得不同粒径分布的粉末；S5，镍基高温合金基体表面处理；S6，利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备一层厚度为50-200μm的NiCoCrAlY过渡层；S7，以步骤S4获得的粒径为75-100μm的粉末作为喷涂粉末原料，利用大气等离子喷涂在过渡层表面制备一层厚度为100-400μm的活性元素Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。
优选地，在步骤S2中，合金块体的质量为5-50Kg。优选地，为保证合金成分准确且均匀，真空磁悬浮熔炼温度为1700-2200℃，同时在给电100-150kW功率下重复精炼3-5次，随炉冷却30-60min。作为优选的技术方案，熔炼合金块体的质量为20Kg，熔炼温度为2000℃，给电功率为140kW，精炼次数为5次，随炉冷却时间为40min。
优选地，在步骤S3中，行星球磨机的球磨罐为500mL-1000mL不锈钢球磨罐，磨球为不锈钢球。优选地，球料比(质量比)为5:1到10:1。优选地，磨球直径分别为5-20mm。优选地，球磨转速为200-500转/分钟，球磨时间为1-10h，球磨期间停顿冷却时间为10-30min。作为优选的技术方案，球磨罐体积为500mL，球料比为5:1。磨球直径分别为15mm。球磨转速为400转/分钟，球磨时间为5h，球磨期间停顿冷却时间为20min。
优选地，在步骤S4中，分别获得粉末粒径为15-50μm，50-75μm，75-100μm以及100-125μm的粉末。
优选地，步骤S5具体包括子步骤：S51，利用电火花线切割将镍基合金加工成50-100mm长度、50-100mm宽度、3-5mm厚度的方块；S52，利用碳化硅砂纸对镍基合金表面进行磨抛处理至1000-3000目，随后利用喷砂机对磨抛的表面进行喷砂粗化，选用粒径为100-200目，200-300目或者300-400目刚玉砂，同时喷砂压力为0.1-1.0MPa，喷砂角度为30-90度，喷砂时间为5-20min；S53，将合金基体在酒精中进行超声清洗10-30min，去除合金表面残留的砂粒和油污。作为优选的技术方案，子步骤S51中镍基合金长度为50mm，宽度为50mm、厚度4mm；子步骤S52中碳化硅砂纸最终粗糙度为2000目，刚玉砂粒径为200-300目，喷砂压力为0.5MPa，喷砂角度为45度，喷砂时间为10min；子步骤S53中超声清洗时间为20min。
优选地，在步骤S6中，过渡层NiCoCrAlY成分为47.5wt％Ni，23wt％Co，16.7wt％Cr，12.3wt％Al，0.5wt％Y，喷涂粉末粒径为30-85μm，制备的过渡层厚度约为100μm。
优选地，在步骤S6中，大气等离子喷涂参数如下：1)电压100-180V，电流350-400A；2)氩气流量80-120L/min，氢气流量15-25L/min，粉末载气流量3-6L/min；3)喷枪移动速度500-800mm/s，喷涂距离80-120mm。作为优选的技术方案，大气等离子喷涂电压为150V，电流为380A，氩气流量为90L/min，氢气流量为16L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为110mm。应该理解，此过渡层可提高高熵粘结层与镍基合金的结合力，同时缓解高熵粘结层与镍基合金的元素互扩散，有助于提高高熵粘结层结构稳定性。
优选地，在步骤S7中，制备的高熵粘结层厚度约为250μm。
优选地，在步骤S7中，大气等离子喷涂参数如下：1)电压100-180V，电流350-400A；2)氩气流量80-120L/min，氢气流量15-25L/min，粉末载气流量3-6L/min；3)喷枪移动速度500-800mm/s，喷涂距离80-120mm。作为优选的技术方案，大气等离子喷涂电压为160V，电流为380A，氩气流量为100L/min，氢气流量为18L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为100mm。
根据本发明的长寿命抗氧化高熵粘结层材料，以等原子比的金属元素Al，Co，Cr，Fe和Ni为主，活性元素Y和Hf被用来提高改善氧化层界面结合性能，从而得到Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层，使其具有独特的结构和性质，比如优异的高温抗蠕变性能、优异的高温结构稳定性等，用作高温/超高温热障涂层粘结层具有更高的耐热温度(可达1200℃)、更长的服役寿命和更优异的抗氧化性能，其在提高服役温度和抗氧化性能的同时，通过原子占20％的低成本金属Fe可以显著降低成本。
附图说明
图1a示出了传统NiCoCrAlY粘结层在1050℃下750次热循环后的剥落情况；
图1b示出了根据本发明的活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1050℃下750次热循环后的剥落情况；
图2a示出了传统NiCoCrAlY粘结层在1100℃下250次热循环后的剥落情况；
图2b示出了根据本发明的活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1100℃下250次热循环后的剥落情况；
图3a示出了传统NiCoCrAlY粘结层在1150℃下200次热循环后的剥落情况；
图3b示出了根据本发明的活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1150℃下200次热循环后的剥落情况；
图4a示出了传统NiCoCrAlY粘结层在1200℃下100次热循环后的剥落情况；
图4b示出了根据本发明的活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1200℃下100次热循环后的剥落情况。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
实施例1
本实施例为活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层的制备与两种粘结层在1050℃高温下服役寿命对比，具体包含以下步骤：
(1)活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层中Al、Co、Cr、Fe、Ni组成为20at％Al，20at％Co，20at％Cr，20at％Fe，20at％Ni。活性元素Y和Hf添加量均为0.5wt％。
(2)基于步骤(1)中设计的粘结层组成，利用真空磁悬浮熔炼技术制备20Kg合金块体，其中熔炼温度为2000℃，给电功率为140kW，精炼次数为5次，随炉冷却时间为40min。
(3)利用破碎机将步骤(2)中的合金块体破碎成1-5mm直径的细小颗粒，再利用行星球磨机将此细小颗粒球磨成粉末，其中不锈钢球磨罐体积为500mL，球料比为5:1，不锈钢磨球直径分别为15mm，球磨转速为400转/分钟，球磨时间为5h，球磨期间停顿冷却时间为20min。
(4)利用标准筛对步骤(3)中的粉末进行筛分，进而获得不同粒径分布的粉末。选择粒径为75-100μm的粉末作为喷涂粉末原料。
(5)选择长度为50mm，宽度为50mm、厚度4mm的镍基合金(商业哈氏合金)，利用碳化硅砂纸将镍基合金表面磨抛至2000目，再利用喷砂机对其表面进行喷砂粗化，选择刚玉砂粒径为200-300目，喷砂压力为0.5MPa，喷砂角度为45度，喷砂时间为10min，最后将镍基合金基体在酒精中进行超声清洗10min，去除合金表面残留的砂粒和油污，干燥待用。
(6)利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备一层厚度约为100μm的NiCoCrAlY过渡层，此过渡层NiCoCrAlY成分为47.5wt％Ni，23wt％Co，16.7wt％Cr，12.3wt％Al，0.5wt％Y，喷涂粉末粒径为30-85μm。大气等离子喷涂电压为150V，电流为380A，氩气流量为90L/min，氢气流量为16L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为110mm。
(7)利用大气等离子喷涂过渡层表面制备一层厚度约为250μm的活性元素Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。大气等离子喷涂电压为160V，电流为380A，氩气流量为100L/min，氢气流量为18L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为100mm。
(8)利用全自动高温热循环炉对活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层进行寿命测试，氧化测试温度为1050℃。每次循环过程包括：保温时间为60min，冷却时间为20min。
如图1a所示，传统NiCoCrAlY粘结层在1050℃高温下循环氧化750次之后，氧化膜剥落比例超过40％，因此粘结层已经失效。然而，如图1b所示，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1050℃高温下循环氧化750次之后，氧化膜未出现任何形式剥落。因此，相比于传统NiCoCrAlY粘结层，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1050℃高温下服役寿命更长，抗氧化性能更加优异。
实施例2
本实施例为活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层的制备与两种粘结层在1100℃高温下服役寿命对比，具体包含以下步骤：
(1)活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层中Al、Co、Cr、Fe、Ni组成为20at％Al，20at％Co，20at％Cr，20at％Fe，20at％Ni。活性元素Y和Hf添加量均为0.5wt％。
(2)基于步骤(1)中设计的粘结层组成，利用真空磁悬浮熔炼技术制备20Kg合金块体，其中熔炼温度为2000℃，给电功率为140kW，精炼次数为5次，随炉冷却时间为40min。
(3)利用破碎机将步骤(2)中的合金块体破碎成1-5mm直径的细小颗粒，再利用行星球磨机将此细小颗粒球磨成粉末，其中不锈钢球磨罐体积为500mL，球料比为5:1，不锈钢磨球直径分别为15mm，球磨转速为400转/分钟，球磨时间为5h，球磨期间停顿冷却时间为20min。
(4)利用标准筛对步骤(3)中的粉末进行筛分，进而获得不同粒径分布的粉末。选择粒径为75-100μm的粉末作为喷涂粉末原料。
(5)选择长度为50mm，宽度为50mm、厚度4mm的镍基合金(商业哈氏合金)，利用碳化硅砂纸将镍基合金表面磨抛至2000目，再利用喷砂机对其表面进行喷砂粗化，选择刚玉砂粒径为200-300目，喷砂压力为0.5MPa，喷砂角度为45度，喷砂时间为10min，最后将镍基合金基体在酒精中进行超声清洗10min，去除合金表面残留的砂粒和油污，干燥待用。
(6)利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备一层厚度约为100μm的NiCoCrAlY过渡层，此过渡层NiCoCrAlY成分为47.5wt％Ni，23wt％Co，16.7wt％Cr，12.3wt％Al，0.5wt％Y，喷涂粉末粒径为30-85μm。大气等离子喷涂电压为150V，电流为380A，氩气流量为90L/min，氢气流量为16L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为110mm。
(7)利用大气等离子喷涂过渡层表面制备一层厚度约为250μm的活性元素Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。大气等离子喷涂电压为160V，电流为380A，氩气流量为100L/min，氢气流量为18L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为100mm。
(8)利用全自动高温热循环炉对活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层进行寿命测试，氧化测试温度为1100℃。每次循环过程包括：保温时间为60min，冷却时间为20min。
如图2a所示，传统NiCoCrAlY粘结层在1100℃高温下循环氧化250次之后，氧化膜剥落比例超过50％，因此粘结层已经失效。然而，如图2b所示，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1100℃高温下循环氧化250次之后，氧化膜未出现任何形式剥落。因此，相比于传统NiCoCrAlY粘结层，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1100℃高温下服役寿命更长，抗氧化性能更加优异。
实施例3
本实施例为活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层的制备与两种粘结层在1150℃高温下服役寿命对比，具体包含以下步骤：
(1)活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层中Al、Co、Cr、Fe、Ni组成为20at％Al，20at％Co，20at％Cr，20at％Fe，20at％Ni。活性元素Y和Hf添加量均为0.5wt％。
(2)基于步骤(1)中设计的粘结层组成，利用真空磁悬浮熔炼技术制备20Kg合金块体，其中熔炼温度为2000℃，给电功率为140kW，精炼次数为5次，随炉冷却时间为40min。
(3)利用破碎机将步骤(2)中的合金块体破碎成1-5mm直径的细小颗粒，再利用行星球磨机将此细小颗粒球磨成粉末，其中不锈钢球磨罐体积为500mL，球料比为5:1，不锈钢磨球直径分别为15mm，球磨转速为400转/分钟，球磨时间为5h，球磨期间停顿冷却时间为20min。
(4)利用标准筛对步骤(3)中的粉末进行筛分，进而获得不同粒径分布的粉末。选择粒径为75-100μm的粉末作为喷涂粉末原料。
(5)选择长度为50mm，宽度为50mm、厚度4mm的镍基合金(商业哈氏合金)，利用碳化硅砂纸将镍基合金表面磨抛至2000目，再利用喷砂机对其表面进行喷砂粗化，选择刚玉砂粒径为200-300目，喷砂压力为0.5MPa，喷砂角度为45度，喷砂时间为10min，最后将镍基合金基体在酒精中进行超声清洗10min，去除合金表面残留的砂粒和油污，干燥待用。
(6)利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备一层厚度约为100μm的NiCoCrAlY过渡层，此过渡层NiCoCrAlY成分为47.5wt％Ni，23wt％Co，16.7wt％Cr，12.3wt％Al，0.5wt％Y，喷涂粉末粒径为30-85μm。大气等离子喷涂电压为150V，电流为380A，氩气流量为90L/min，氢气流量为16L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为110mm。
(7)利用大气等离子喷涂过渡层表面制备一层厚度约为250μm的活性元素Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。大气等离子喷涂电压为160V，电流为380A，氩气流量为100L/min，氢气流量为18L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为100mm。
(8)利用全自动高温热循环炉对活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层进行寿命测试，氧化测试温度为1150℃。每次循环过程包括：保温时间为60min，冷却时间为20min。
如图3a所示，传统NiCoCrAlY粘结层在1150℃高温下循环氧化200次之后，氧化膜剥落比例超过80％，因此粘结层已经失效。然而，如图3b所示，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1150℃高温下循环氧化200次之后，氧化膜未出现任何形式剥落。因此，相比于传统NiCoCrAlY粘结层，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1150℃高温下服役寿命更长，抗氧化性能更加优异。
实施例4
本实施例为活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层的制备与两种粘结层在1100℃高温下服役寿命对比，具体包含以下步骤：
(1)活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层中Al、Co、Cr、Fe、Ni组成为20at％Al，20at％Co，20at％Cr，20at％Fe，20at％Ni。活性元素Y和Hf添加量均为0.5wt％。
(2)基于步骤(1)中设计的粘结层组成，利用真空磁悬浮熔炼技术制备20Kg合金块体，其中熔炼温度为2000℃，给电功率为140kW，精炼次数为5次，随炉冷却时间为40min。
(3)利用破碎机将步骤(2)中的合金块体破碎成1-5mm直径的细小颗粒，再利用行星球磨机将此细小颗粒球磨成粉末，其中不锈钢球磨罐体积为500mL，球料比为5:1，不锈钢磨球直径分别为15mm，球磨转速为400转/分钟，球磨时间为5h，球磨期间停顿冷却时间为20min。
(4)利用标准筛对步骤(3)中的粉末进行筛分，进而获得不同粒径分布的粉末。选择粒径为75-100μm的粉末作为喷涂粉末原料。
(5)选择长度为50mm，宽度为50mm、厚度4mm的镍基合金(商业哈氏合金)，利用碳化硅砂纸将镍基合金表面磨抛至2000目，再利用喷砂机对其表面进行喷砂粗化，选择刚玉砂粒径为200-300目，喷砂压力为0.5MPa，喷砂角度为45度，喷砂时间为10min，最后将镍基合金基体在酒精中进行超声清洗10min，去除合金表面残留的砂粒和油污，干燥待用。
(6)利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备一层厚度约为100μm的NiCoCrAlY过渡层，此过渡层NiCoCrAlY成分为47.5wt％Ni，23wt％Co，16.7wt％Cr，12.3wt％Al，0.5wt％Y，喷涂粉末粒径为30-85μm。大气等离子喷涂电压为150V，电流为380A，氩气流量为90L/min，氢气流量为16L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为110mm。
(7)利用大气等离子喷涂过渡层表面制备一层厚度约为250μm的活性元素Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。大气等离子喷涂电压为160V，电流为380A，氩气流量为100L/min，氢气流量为18L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为100mm。
(8)利用全自动高温热循环炉对活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层与传统NiCoCrAlY粘结层进行寿命测试，氧化测试温度为1200℃。每次循环过程包括：保温时间为60min，冷却时间为20min。
如图4a所示，传统NiCoCrAlY粘结层在1200℃高温下循环氧化100次之后，氧化膜剥落比例超过90％，因此粘结层已经失效。然而，如图4b所示，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1200℃高温下循环氧化100次之后，氧化膜为出现任何形式剥落。因此，相比于传统NiCoCrAlY粘结层，活性元素Y和Hf改性AlCoCrFeNi高熵粘结层在1200℃高温下服役寿命更长，抗氧化性能更加优异。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种长寿命抗氧化高熵粘结层材料，其特征在于，该长寿命抗氧化高熵粘结层材料的组成为等原子比的金属元素Al，Co，Cr，Fe，Ni，活性元素Y和Hf的添加量均为0.5wt％。
2.根据权利要求1所述的长寿命抗氧化高熵粘结层材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括步骤：
S1，按照组成称取Al，Co，Cr，Fe，Ni，Y和Hf；
S2，利用真空磁悬浮熔炼技术制备合金块体；
S3，利用破碎机将合金块体破碎成1-5mm直径的细小颗粒，利用行星球磨机将细小颗粒球磨成粉末；
S4，利用标准筛对粉末进行筛分，进而获得不同粒径分布的粉末；
S5，镍基高温合金基体表面处理；
S6，利用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备一层厚度为50-200μm的NiCoCrAlY过渡层；
S7，以步骤S4获得的粒径为75-100μm的粉末作为喷涂粉末原料，利用大气等离子喷涂在过渡层表面制备一层厚度为100-400μm的活性元素Y和Hf改性的AlCoCrFeNi高熵粘结层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，球料比为5:1到10:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，分别获得粉末粒径为15-50μm，50-75μm，75-100μm以及100-125μm的粉末。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5具体包括子步骤：
S51，利用电火花线切割将镍基合金加工成50-100mm长度、50-100mm宽度、3-5mm厚度的方块；
S52，利用碳化硅砂纸对镍基合金表面进行磨抛处理至1000-3000目，随后利用喷砂机对磨抛的表面进行喷砂粗化，选用粒径为100-200目，200-300目或者300-400目刚玉砂，同时喷砂压力为0.1-1.0MPa，喷砂角度为30-90度，喷砂时间为5-20min；
S53，将合金基体在酒精中进行超声清洗10-30min，去除合金表面残留的砂粒和油污。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，过渡层NiCoCrAlY成分为47.5wt％Ni，23wt％Co，16.7wt％Cr，12.3wt％Al，0.5wt％Y，喷涂粉末粒径为30-85μm，制备的过渡层厚度约为100μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S7中，制备的高熵粘结层厚度约为250μm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6和步骤S7中，大气等离子喷涂参数如下：1)电压100-180V，电流350-400A；2)氩气流量80-120L/min，氢气流量15-25L/min，粉末载气流量3-6L/min；3)喷枪移动速度500-800mm/s，喷涂距离80-120mm。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，大气等离子喷涂电压为150V，电流为380A，氩气流量为90L/min，氢气流量为16L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为110mm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤S7中，大气等离子喷涂电压为160V，电流为380A，氩气流量为100L/min，氢气流量为18L/min，粉末载气流量为4L/min，喷枪移动速度为600mm/s，喷涂距离为100mm。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114540738A (zh) * 2022-01-20 2022-05-27 华东理工大学 一种超高温抗冲刷热障涂层的制备方法
CN114703440A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 华东理工大学 一种纳米氧化物分散强化高熵合金粘结层及其制备方法和应用
CN115433864A (zh) * 2022-09-07 2022-12-06 哈尔滨工业大学 一种摩擦材料用的亚共晶高熵合金及其制备方法
CN116441527A (zh) * 2023-02-28 2023-07-18 四川大学 一种抗高温氧化的复合高熵合金粉及其应用
EP4261301A1 (en) * 2022-04-11 2023-10-18 General Electric Company High entropy alloy-based compositions and bond coats formed therefrom

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103789715A (zh) * 2014-02-10 2014-05-14 江苏大学 一种高寿命耐氧化热障涂层材料及其制备方法
CN105603351A (zh) * 2016-02-19 2016-05-25 河南普莱姆涂层科技有限公司 等离子喷涂制备稀土改性的NiAl热障涂层粘结层的方法
CN110158008A (zh) * 2019-03-28 2019-08-23 福建工程学院 一种高熵合金涂层及其制备方法
CN111349881A (zh) * 2020-03-20 2020-06-30 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法
CN111809094A (zh) * 2020-06-03 2020-10-23 上海理工大学 一种耐高温氧化的高熵合金、热障涂层及热障涂层的制备方法
CN112695239A (zh) * 2020-12-10 2021-04-23 上海交通大学 一种钇元素均匀分布的MCrAlY合金材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103789715A (zh) * 2014-02-10 2014-05-14 江苏大学 一种高寿命耐氧化热障涂层材料及其制备方法
CN105603351A (zh) * 2016-02-19 2016-05-25 河南普莱姆涂层科技有限公司 等离子喷涂制备稀土改性的NiAl热障涂层粘结层的方法
CN110158008A (zh) * 2019-03-28 2019-08-23 福建工程学院 一种高熵合金涂层及其制备方法
CN111349881A (zh) * 2020-03-20 2020-06-30 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宽温域润滑耐磨复合涂层及其制备、喷涂方法
CN111809094A (zh) * 2020-06-03 2020-10-23 上海理工大学 一种耐高温氧化的高熵合金、热障涂层及热障涂层的制备方法
CN112695239A (zh) * 2020-12-10 2021-04-23 上海交通大学 一种钇元素均匀分布的MCrAlY合金材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张晗: "AlCoCrFeNiYHf高熵合金的高温抗氧化性能研究:一种极具潜力的热障涂层黏结层材料", 《湘潭大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114540738A (zh) * 2022-01-20 2022-05-27 华东理工大学 一种超高温抗冲刷热障涂层的制备方法
CN114703440A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 华东理工大学 一种纳米氧化物分散强化高熵合金粘结层及其制备方法和应用
CN114703440B (zh) * 2022-04-02 2023-11-17 华东理工大学 一种纳米氧化物分散强化高熵合金粘结层及其制备方法和应用
EP4261301A1 (en) * 2022-04-11 2023-10-18 General Electric Company High entropy alloy-based compositions and bond coats formed therefrom
CN115433864A (zh) * 2022-09-07 2022-12-06 哈尔滨工业大学 一种摩擦材料用的亚共晶高熵合金及其制备方法
CN115433864B (zh) * 2022-09-07 2023-02-28 哈尔滨工业大学 一种摩擦材料用的亚共晶高熵合金及其制备方法
CN116441527A (zh) * 2023-02-28 2023-07-18 四川大学 一种抗高温氧化的复合高熵合金粉及其应用
CN116441527B (zh) * 2023-02-28 2024-03-15 四川大学 一种抗高温氧化的复合高熵合金粉及其应用

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