CN101768712A - 一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法 - Google Patents

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张佳平
王璐
袁福河
龚颖勇
魏明霞
张尊礼
张凡云
史凤岭
李爽
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Abstract

一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，具体为，在Ni3Al基导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层，涂层厚度要求为0.015～0.06mm；涂层厚度要求薄，采用喷涂粉末为细粒度粉末，具体采用NiCrAlYSi合金粉末，各成分质量比为：Cr18～23％、Al7.5～12％、Y0.08～0.8％、Si0.2～1.0％，余量为Ni；采用超音速火焰喷涂，煤油、氧气为燃烧源，氩气作为粉末运输气体，氧气流量为：1700～1750SCFH，煤油流量为：6.0～7.0GPH，喷涂距离为350～370mm。本发明的优点：该种工艺方法喷涂工艺简单可行、生产效率高、适合批量生产，可以广泛应用于Ni3Al基合金零件的高温抗氧化涂层制备。

Description

一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法
技术领域
本发明涉及利用热喷涂技术制备新型涂层的技术领域，特别提供了一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法。
背景技术
Ni3Al基导向叶片材料，具有良好的抗氧化性能，同时持久强度达到国外一代定向合金水平，铸造性能突出。在合金上涂覆高温防护涂层，能有效延长热端部件的使用寿命。关于该材料的涂层研究，只有621所开展过研究工作：“采用电弧镀技术在Ni3Al基合金基体上制备NiCrAlYSi粘结层，经1150℃，100h恒温氧化后，可达到抗氧化级。1200℃热冲击试验(经3～4min升温至1200℃，出炉空冷1～2min，冷却至200～300℃为一个周期)显示NiCrAlYSi涂层与IC10合金有更好的结合力，经300个热循环周期无剥落”。根据设计性能要求，该种涂层的最佳制备工艺方法为真空电弧镀工艺，但Ni3Al基导向叶片结构是三联体空心叶片，叶片结构复杂且尺寸较大，采用电弧离子镀的方法制备涂层无法实现工程应用。
用于超音速火焰喷涂的粉末粒度一般为10～45μm，属于细粒度粉末，同时喷涂粒子速度高，熔融充分，形成涂层时变形充分，使得涂层表面粗糙度小。高速火焰喷涂涂层还具备涂层致密，结合强度高等特点。但目前该喷涂工艺主要用于喷涂诸如WC/Co、Cr2C3/NiCr等高硬度的耐磨涂层。对于硬度要求相对较小的金属类涂层，目前没有成型的喷涂工艺。
发明内容
本发明的目的是为了实现高温防护涂层良好性能，特提供一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法。
本发明涉及一种用于金属间化合物材料三联体空心叶片的NiCrAlYSi高温抗氧化涂层的制备方法。NiCrAlYSi涂层的最佳制备方法为真空电弧镀工艺加真空扩散工艺，但叶片的实际结构为三联体空心叶片，叶片整体尺寸大、联体叶片之间遮挡，真空电弧镀工艺无法实施。针对该种叶片结构，采用超音速火焰喷涂加真空扩散工艺进行涂层制备，使涂层性能满足叶片使用要求，提高叶片的抗腐蚀能力，有效地延长热端部件的使用寿命。
本发明提供了一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法具体为，在Ni3Al基导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层，涂层厚度要求为0.015～0.06mm；
涂层厚度要求薄，采用喷涂粉末为细粒度粉末，具体采用中科院金属研究所研制的NiCrAlYSi合金粉末，其粉末粒度270目～600目，各成分质量比为：Cr18～23％、Al7.5～12％、Y0.08～0.8％、Si0.2～1.0％，余量为Ni；喷涂方式采用超音速火焰喷涂。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂工艺，具体采用煤油、氧气为燃烧源，氩气作为粉末运输气体，其中氧气流量范围为：1700～1750SCFH，煤油流量范围为：6.0～7.0GPH，喷涂距离为350～370mm。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂的火焰速度为1500m/s～2000m/s、温度为2800℃到3200℃。
超音速火焰喷涂，High Velocity Oxy-fuel，简写为HVOF，是20世纪80年代发展起来的一种高速火焰喷涂技术，具有火焰速度高(可达1500m/s～2000m/s)、温度低(约3000℃)的特点。
本发明的优点：
本发明所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，采用超音速火焰喷涂工艺方法在Ni3Al基材料导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层达到的性能：1150℃100h恒温氧化速率小于0.1g/m2h；1200℃热冲击试验300个热循环周期无剥落。NiCrAlYSi涂层具有良好的高温抗氧化性能，并且与Ni3Al基体合金具有很好的结合。该种工艺方法喷涂工艺简单可行、生产效率高、适合批量生产，可以广泛应用于Ni3Al基合金零件的高温抗氧化涂层制备，有效地延长热端部件的使用寿命，针对该种叶片结构复杂、尺寸较大的特点，采用超音速火焰喷涂加真空扩散工艺进行涂层制备，使涂层性能满足叶片使用要求。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法具体为，在Ni3Al基导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层，涂层厚度要求为0.015mm；
涂层厚度要求薄，采用喷涂粉末为细粒度粉末，具体采用中科院金属研究所研制的NiCrAlYSi合金粉末，其粉末粒度270目～600目，各成分质量比为：Cr18％、Al7.5％、Y0.08％、Si0.2％，余量为Ni；喷涂方式采用超音速火焰喷涂。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂工艺，具体采用煤油、氧气为燃烧源，氩气作为粉末运输气体，其中氧气流量范围为：1700SCFH，煤油流量范围为：6.0GPH，喷涂距离为350mm。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂的火焰速度为1500m/s、温度为2800℃。
1、涂层制备
利用金属所研制的喷涂粉末，在Ni3Al基材料试片上采用超音速火焰喷涂加真空扩散工艺进行NiCrAlYSi涂层工艺试验。
2、涂层性能的测试
通过对涂层综合性能检测及分析，对涂层制备工艺进行优化。需要测定的涂层性能至少应包括：金相组织、拉伸结合强度、显微硬度、抗氧化性、热盐腐蚀、热冲击性能等。
3、工程应用
设计喷涂保护工装，对实际叶片进行喷涂，检验涂层制备工艺方法的可行性和稳定性。
实施例2
本实施例提供了一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法具体为，在Ni3Al基导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层，涂层厚度要求为0.06mm；
涂层厚度要求薄，采用喷涂粉末为细粒度粉末，具体采用中科院金属研究所研制的NiCrAlYSi合金粉末，其粉末粒度270目～600目，各成分质量比为：Cr23％、Al12％、Y0.8％、Si1.0％，余量为Ni；喷涂方式采用超音速火焰喷涂。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂工艺，具体采用煤油、氧气为燃烧源，氩气作为粉末运输气体，其中氧气流量范围为：1750SCFH，煤油流量范围为：7.0GPH，喷涂距离为370mm。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂的火焰速度为2000m/s、温度为3200℃。
1、涂层制备
利用金属所研制的喷涂粉末，在Ni3Al基材料试片上采用超音速火焰喷涂加真空扩散工艺进行NiCrAlYSi涂层工艺试验。
2、涂层性能的测试
通过对涂层综合性能检测及分析，对涂层制备工艺进行优化。需要测定的涂层性能至少应包括：金相组织、拉伸结合强度、显微硬度、抗氧化性、热盐腐蚀、热冲击性能等。
3、工程应用
设计喷涂保护工装，对实际叶片进行喷涂，检验涂层制备工艺方法的可行性和稳定性。
实施例3
本实施例提供了一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法具体为，在Ni3Al基导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层，涂层厚度要求为0.06mm；
涂层厚度要求薄，采用喷涂粉末为细粒度粉末，具体采用中科院金属研究所研制的NiCrAlYSi合金粉末，其粉末粒度270目～600目，各成分质量比为：Cr20％、Al10％、Y0.4％、Si0.5％，余量为Ni；喷涂方式采用超音速火焰喷涂。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂工艺，具体采用煤油、氧气为燃烧源，氩气作为粉末运输气体，其中氧气流量范围为：1730SCFH，煤油流量范围为：6.5GPH，喷涂距离为360mm。
所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂的火焰速度为1800m/s、温度为3000℃。
1、涂层制备
利用金属所研制的喷涂粉末，在Ni3Al基材料试片上采用超音速火焰喷涂加真空扩散工艺进行NiCrAlYSi涂层工艺试验。
2、涂层性能的测试
通过对涂层综合性能检测及分析，对涂层制备工艺进行优化。需要测定的涂层性能至少应包括：金相组织、拉伸结合强度、显微硬度、抗氧化性、热盐腐蚀、热冲击性能等。
3、工程应用
设计喷涂保护工装，对实际叶片进行喷涂，检验涂层制备工艺方法的可行性和稳定性。

Claims (3)

1.一种用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法具体为，在Ni3Al基导向叶片上制备的NiCrAlYSi涂层，涂层厚度要求为0.015～0.06mm；
涂层厚度要求薄，采用喷涂粉末为细粒度粉末，具体采用NiCrAlYSi合金粉末，其粉末粒度270目～600目，各成分质量比为：Cr18～23％、Al7.5～12％、Y0.08～0.8％、Si0.2～1.0％，余量为Ni；喷涂方式采用超音速火焰喷涂。
2.按照权利要求1所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂工艺，具体采用煤油、氧气为燃烧源，氩气作为粉末运输气体，其中氧气流量范围为：1700～1750SCFH，煤油流量范围为：6.0～7.0GPH，喷涂距离为350～370mm。
3.按照权利要求1或2所述的用于金属间化合物合金的高温防护涂层制备工艺方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂的火焰速度为1500m/s～2000m/s、温度为2800℃到3200℃。
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