CN1607264A - 一种铝硅钇扩散合金化涂层的制备方法 - Google Patents

一种铝硅钇扩散合金化涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种Al－Si－Y扩散合金化涂层，由下述方法获得：将重量成分为硅4.5～5.5、钇1.1～1.8、铝余量的合金制成阴极靶材；将待涂工件置于阴极与阳极之间；在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层，参数为：真空度：P＜5.32×10－2Pa，电弧电流：400－600A，电弧电压：30－50V，沉积时间：1－3h；将沉积后工件真空退火，参数为：真空度：P＜1.33×10－1Pa，温度：1000－1100℃，时间：3－5h。本发明涂层在高温时仍然具有很好的保护性能，同时对热强合金基体的机械性能没有影响，并且所用的制备方法可以保证批生产条件下，制备出高质量产品。

Description

一种铝硅钇扩散合金化涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及高温防护技术，特别提供了一种铝硅钇扩散合金化涂层的制备方法。
背景技术：
随着航空发动机向高推重比、高性能方向的发展，发动机的燃气温度不断提高，先进航空发动机的涡轮进口温度已达2000K，而热端部件合金基体的耐热能力已接近极限。热端部件，特别是涡轮叶片的防护问题，显得异常突出。因此，高温防护涂层的发展和应用已成为航空发动机性能提高的重要支撑手段。涡轮叶片高温防护涂层的发展，目前在国际上大体划分为四代，而应用最普遍的是第三代MCrAlY涂层。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种铝硅钇扩散合金化涂层的制备方法，用该方法获得的涂层在高温时仍然具有很好的保护性能，同时对热强合金基体的机械性能没有影响，并且该制备方法可以保证批生产条件下，制备出高质量产品。
本发明具体提供了一种Al-Si-Y扩散合金化涂层的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
将重量成分为硅4.5～5.5、钇1.1～1.8、铝余量的合金制成阴极靶材；
将待涂工件置于阴极与阳极之间；
将阴极与阳极之间施与电压，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层，参数为：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：400-600A，
电弧电压：30-50V，
沉积时间：1-3h；
将沉积后工件真空退火，参数为：
真空度：P＜1.33×10-1Pa，
温度：1000-1100℃，
时间：3-5h。
本发明Al-Si-Y扩散合金化涂层的制备方法中，还可以在涂层沉积前对工件表面进行离子清理，参数为：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：400-600A，
工件电压：200-300v，
清理时间：2-6min。
通过本发明方法获得的Al-Si-Y扩散合金化涂层，是在第三代防护涂层的基础上发展而来的。该涂层是以含有硅、钇等耐热合金元素的铝合金阴极靶材为涂层原料，通过真空电弧镀方法，在涡轮叶片上涂镀一层均匀的涂层，并经真空扩散退火，在退火过程中，涂敷的铝合金发生熔化，进而发生金属热反应，在热强合金表面上形成的交互扩散的合金化防护涂层。
本发明涂层是由外区域和内过渡区域两个不同金相区域组成的铝合金扩散层。外区域由加入硅和钇(提高耐热性元素)和部分基体热强合金元素补充合金化的β相(NiAl)组成，内过渡区具有多相组织，它包括β相、γ′相(Ni3Al)和碳化物。当温度达1050-1100℃时，本发明涂层具有很好的保护性能，同时对热强合金基体的机械性能没有影响。
另外，本发明制备方法与传统的渗铝硅等方法相比，具有明显的优点：能够保证涂敷层参数(厚度，成分)高的再现性，使工件的不同区域上形成厚度均匀一致的涂层；基体受热少，无变形和性能衰减；涂层光洁度好，可在最终成品件上制备涂层；能够保证批生产条件下，制备高质量产品。
具体实施方式：
工艺流程：除油→冲洗→射流磨料加工→超声波洗涤→干燥→称重→装夹→抽真空→离子清理→涂镀→真空状态下冷却→拆卸夹具→增重测量→外观检查→真空退火(扩散)→着色或荧光探伤→交付使用。
实施例1
靶材合金成分为：硅4.5％wt、钇1.8％wt、铝余量
工艺参数：
离子清理：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：450-500A，
工件电压：250v，
清理时间：4min；
沉积涂层：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：500A，
电弧电压：30-50V，
沉积时间：1h；
真空退火：
真空度：P＜1.33×10-1Pa，
温度：1000±10℃，
时间：4h；
涂层厚度：35μm。
涂层在1100℃达到完全抗氧化级。
振动疲劳通过2×1017周次考核。
冷热疲劳：通过1000℃→25℃，500次冷热冲击考核。
力学性能：室温拉伸σb≥830Mpa，δ5≥3％。
高温持久σ975℃＝225Mpa(≥40h)。
实施例2
靶材合金成分为：硅5％wt、钇1.5％wt、铝余量
工艺参数：
离子清理：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：450-500A，
工件电压：250V，
清理时间：4min；
沉积涂层：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：550A，
电弧电压：30-50V，
沉积时间：1h；
真空退火：
真空度：P＜1.33×10-1Pa，
温度：1050±10℃，
时间：4h；
涂层厚度：45μm。
涂层在1100℃达到完全抗氧化级。
振动疲劳通过2×1017周次考核。
冷热疲劳：通过1000℃→25℃，500次冷热冲击考核。
力学性能：室温拉伸σb≥830Mpa，δ5≥3％。
高温持久σ975℃＝225Mpa(≥40h)。
实施例3
靶材合金成分为：硅5.5％wt、钇1.1％wt、铝余量
工艺参数：
离子清理：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：450-500A，
工件电压：250V，
清理时间：4min；
沉积涂层：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：600A，
电弧电压：30-50V，
沉积时间：1h；
真空退火：
真空度：P＜1.33×10-1Pa，
温度：1100±10℃，
时间：4h；
涂层厚度：60μm。
涂层在1100℃达到完全抗氧化级。
振动疲劳通过2×1017周次考核。
冷热疲劳：通过1000℃→25℃，500次冷热冲击考核。
力学性能：室温拉伸σb≥830Mpa，δ5≥3％。
高温持久σ975℃＝225Mpa(≥40h)。

Claims (2)

1、一种Al-Si-Y扩散合金化涂层的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
将重量成分为硅4.5～5.5、钇1.1～1.8、铝余量的合金制成阴极靶材；
将待涂工件置于阴极与阳极之间；
在阴极与阳极之间施加电场，使阴极合金涂层材料转化为等离子束流，并朝待涂敷的工件表面定向加速运动，与工件表面相互作用后，产生表面凝聚，形成涂层，参数为：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：400-600A，
电弧电压(阴阳极之间)：30-50V，
沉积时间：1-3h；
将沉积后工件真空退火，参数为：
真空度：P＜1.33×10-1Pa，
温度：1000-1100℃，
时间：3-5h。
2、按照权利要求1所述Al-Si-Y扩散合金化涂层的制备方法，其特征在于：涂层沉积前对工件表面进行离子清理，即在高能电场作用下，工件表面受到离子轰击，基体材料被带走，发生离子净化和表面活化过程，参数为：
真空度：P＜5.32×10-2Pa，
电弧电流：400-600A，
工件电压(阴极与工件之间)：200-300v，
清理时间：2-6min。
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