CN102888583B - 一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN102888583B
CN102888583B CN201210421408.7A CN201210421408A CN102888583B CN 102888583 B CN102888583 B CN 102888583B CN 201210421408 A CN201210421408 A CN 201210421408A CN 102888583 B CN102888583 B CN 102888583B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conicraly
coating
preparation
ion
ion implantation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210421408.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102888583A (zh
Inventor
陶顺衍
姜杰
赵华玉
周霞明
丁传贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN201210421408.7A priority Critical patent/CN102888583B/zh
Publication of CN102888583A publication Critical patent/CN102888583A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102888583B publication Critical patent/CN102888583B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用，所述CoNiCrAlY涂层的表面利用离子注入技术注入Nb离子。本发明所制备的注入Nb离子的CoNiCrAlY涂层与喷涂态的CoNiCrAlY涂层相比，热生长氧化膜层中α-Al2O3的含量更高，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更为优异。本发明具有工艺简单、效率高、可重复性好等优点，适合规模化生产和应用于制备热障涂层领域。

Description

一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用，具体涉及一种Nb离子注入CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用，属于抗氧化涂层领域。
背景技术
热障涂层广泛应用于航空航天发动机与地面燃气轮机热端金属部件的热防护。典型的热障涂层由氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）陶瓷面层和CoNiCrAlY粘结层构成，热障涂层的高温抗氧化性能主要依靠粘结层。真空等离子体喷涂（VPS）是在真空或一定压力的保护性气氛状态的密闭空间里进行的等离子体喷涂，可在一定程度上避免粉料及基材表面在喷涂过程中发生氧化，提高了涂层的致密性和结合强度。近年来，真空等离子体喷涂技术已经成为制备CoNiCrAlY涂层的重要方法之一。然而，粘结层与陶瓷层界面间形成的热生长氧化膜（TGO）是制约热障涂层服役寿命的关键，CoNiCrAlY涂层之所以具有较好的高温抗氧化性能，关键在于其表面易形成致密、氧扩散系数较低的Al2O3保护膜，可有效阻止气相氧向金属基体的传输，而如何形成这层连续致密的保护膜成为国内外学者研究的热点之一。
离子注入技术是一种材料表面改性的高新技术，用能量为100keV量级的离子束入射到材料，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列的物理和化学相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能的变化，实现材料表面性能的优化。Nb离子注入作为高价掺杂，可以促进Al2O3膜的形成，且在注入TiAl合金后显著提高其抗氧化性能。例如中国专利CN101768684A公开一种对高温钛合金注入Nb离子进行表面改性以提高其高温性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法，以提高其高温抗氧化性能。本发明人意识到离子注入技术的独特优点为提高CoNiCrAlY涂层抗氧化性能提供了可能。若通过离子注入技术在CoNiCrAlY涂层表面注入Nb，促进Al2O3保护膜的形成，则可提高涂层的高温抗氧化性。
在此，本发明提供一种CoNiCrAlY涂层，所述CoNiCrAlY涂层的表面利用离子注入技术注入Nb离子。经所述Nb离子注入后的CoNiCrAlY涂层具有比喷涂态CoNiCrAlY涂层更好的高温抗氧化性能。
所述Nb离子的注入量优选为1017-1018atoms/cm2。
所述CoNiCrAlY涂层的厚度优选为50-120μm。
另一方面，本发明还提供一种所述CoNiCrAlY涂层的制备方法，包括：采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAlY合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材的表面得到喷涂态CoNiCrAlY涂层；以及利用离子注入技术在所述喷涂态CoNiCrAlY涂层的表面注入Nb离子。
本发明所制备的注入Nb离子的CoNiCrAlY涂层与喷涂态的CoNiCrAlY涂层相比，TGO层中α-Al2O3的含量更高，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更为优异。
所述真空等离子体喷涂工艺参数优选为：喷枪类型为F4-VB，等离子气体氩气的流量为45-55slpm，等离子气体氢气的流量为7-12slpm，喷涂电流为650-700A，喷涂距离为250-300mm，喷涂室压力为75-125mBar，送粉速率为15-20rpm，送粉载气氩气的流量为2.0-2.5slpm。
所述离子注入工艺参数优选为：脉宽调节时间为450μs，管灯丝电流为79A，一栅负电压为0.74kV，一栅正电压为362V，二栅正电压为1.29kV，负高压电压为30.4kV，负高压电流为4.6mA，本底真空度为4.5×10-3Pa，注入时间为3600s。
所述CoNiCrAlY合金粉末优选为气雾化的Amdry 995CoNiCrAlY合金粉末。
所述高温合金基材优选为GH3128高温合金基材。
又一方面，本发明还提供所述CoNiCrAlY涂层在高温抗氧化领域的应用。
本发明的经Nb离子注入后的CoNiCrAlY涂层具有比喷涂态CoNiCrAlY涂层更好的高温抗氧化性能，且本发明具有工艺简单、效率高、可重复性好等优点，适合规模化生产和应用。
附图说明
图1为经Nb离子注入后涂层试样表面元素随深度分布剖面图；
图2为CoNiCrAlY基涂层经1100℃氧化500h的XRD图谱；
图3为CoNiCrAlY基涂层经1100℃氧化500h截面SEM图：(a)喷涂态涂层；(b)Nb离子注入涂层。
具体实施方式
以下结合附图及下述具体实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式和/或附图仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明的所述CoNiCrAlY涂层的制备方法，包括：采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAlY合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材表面得到喷涂态CoNiCrAlY涂层；以及利用离子注入技术在所述喷涂态CoNiCrAlY涂层表面注入Nb离子。
更具体地，作为示例，可采用以下工艺进行制备。
（1）高温合金基材的预处理：选用GH3128高温合金基材，切割成尺寸为20mm×10mm×1mm的试件，表面进行喷砂处理后，置于优选的无水乙醇洗涤溶液中超声并重复清洗5遍，用压缩空气吹净，在80-100℃烘箱中烘干备用。但应理解，高温合金基材不限于GH3128高温合金基材，也可采用其它的高温基材，切割尺寸不限于上述尺寸，还可根据需要切割成其它尺寸，清洗次数也不限于5遍，也可以是任何能达到洗净效果的次数。
（2）CoNiCrAlY涂层的制备：采用优化的真空等离子体喷涂工艺参数（见表1）将气雾化的Amdry 995CoNiCrAlY合金粉末喷涂到上述基材表面，双面喷涂，涂层厚度约为100μm。
（3）Nb离子的注入：利用离子注入技术在上述CoNiCrAlY涂层表面注入Nb离子，Nb离子的注入剂量约为1017-1018atoms/cm2。离子注入工艺参数见表2。
表1真空等离子体喷涂工艺参数：
表2离子注入工艺参数：
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
采用真空等离子体喷涂技术，按表1所示的工艺参数，在GH3128高温合金基材制备CoNiCrAlY涂层，涂层厚度约为100μm。利用离子注入技术，按表2所示的工艺参数在涂层表面注入Nb离子，注入量约为1017-1018atoms/cm2。由图1所示的经Nb离子注入后涂层试样表面元素随深度分布剖面图可见，Nb离子成功注入到CoNiCrAlY涂层内，其最大穿透深度约为32nm。
由图2CoNiCrAlY涂层经1100℃氧化500h的XRD图谱可见：喷涂态涂层经1100℃氧化500h后，α-Al2O3，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4衍射峰强度均较强，表明喷涂态涂层氧化后表面TGO层中α-Al2O3与(Co,Ni)(Cr,Al)2O4尖晶石相含量相对较高，尖晶石相的出现不利于涂层的长期服役。而Nb离子注入涂层经1100℃氧化500h后，α-Al2O3相衍射峰较强，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4相衍射峰强度相对较弱，表明涂层TGO主要由α-Al2O3构成。
喷涂态涂层经1100℃氧化500h后截面形貌如图3(a)所示，涂层表面TGO由(Co,Ni)(Cr,Al)2O4和Al2O3组成，结果与XRD分析一致。Nb离子注入涂层经1100℃氧化500h截面形貌如图3(b)所示，Nb离子注入后，涂层TGO主要由Al2O3构成，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4含量较少。经Nb离子注入后的CoNiCrAlY涂层与喷涂态CoNiCrAlY涂层相比，抗氧化性能更为优异。
产业应用性：本发明所制备的注入Nb离子的CoNiCrAlY涂层与喷涂态的CoNiCrAlY涂层相比，TGO层中α-Al2O3的含量更高、抗氧化性能更为优异，并且工艺简单、效率高、可重复性好等优点，适合规模化生产并应用于热障涂层领域。

Claims (7)

1.一种CoNiCrAlY涂层，其特征在于，所述CoNiCrAlY涂层的表面利用离子注入技术注入Nb离子以促进Al2O3保护膜的形成，所述Nb离子的注入量为1017-1018 atoms/cm2，所述CoNiCrAlY涂层的厚度为50-120 μm。
2.一种权利要求1所述的CoNiCrAlY涂层的制备方法，其特征在于，包括：采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAlY合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材的表面得到喷涂态CoNiCrAlY涂层；以及
利用离子注入技术在所述喷涂态CoNiCrAlY涂层的表面注入Nb离子。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述真空等离子体喷涂工艺参数为：喷枪类型为F4-VB，等离子气体氩气的流量为45-55 slpm，等离子气体氢气的流量为7-12 slpm，喷涂电流为650-700 A，喷涂距离为250-300 mm，喷涂室压力为75-125 mBar，送粉速率为15-20 rpm，送粉载气氩气的流量为2.0-2.5 slpm。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入工艺参数为：脉宽调节时间为450 μs，管灯丝电流为79 A，一栅负电压为0.74 kV，一栅正电压为362 V，二栅正电压为1.29 kV，负高压电压为30.4 kV，负高压电流为4.6 mA，本底真空度为4.5×10-3 Pa，注入时间为3600 s。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，所述CoNiCrAlY合金粉末为气雾化的Amdry 995 CoNiCrAlY合金粉末。
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，所述高温合金基材为GH3128高温合金基材。
7.一种根据权利要求1所述的CoNiCrAlY涂层在制备热障涂层中的应用。
CN201210421408.7A 2012-10-29 2012-10-29 一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用 Active CN102888583B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210421408.7A CN102888583B (zh) 2012-10-29 2012-10-29 一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210421408.7A CN102888583B (zh) 2012-10-29 2012-10-29 一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102888583A CN102888583A (zh) 2013-01-23
CN102888583B true CN102888583B (zh) 2014-09-10

Family

ID=47532261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210421408.7A Active CN102888583B (zh) 2012-10-29 2012-10-29 一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102888583B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108315690A (zh) * 2018-04-19 2018-07-24 宁波沈鑫电子有限公司 一种超薄金属产品喷砂表面耐手汗腐蚀处理工艺

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106435430B (zh) * 2016-12-13 2019-02-05 江西省科学院应用物理研究所 一种提高热喷涂MCrAlY涂层抗氧化性能的方法
CN108611588B (zh) * 2018-07-18 2020-05-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层及其制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0814178A1 (en) * 1996-06-19 1997-12-29 ROLLS-ROYCE plc A thermal barrier coating for a superalloy article and a method of application thereof
EP0911422A2 (en) * 1997-10-27 1999-04-28 General Electric Company Method of forming a bond coat for a thermal barrier coating
EP1672175A1 (en) * 2004-12-14 2006-06-21 Honeywell International Inc. A method for applying environmental-resistant mcraly coatings on gas turbine components
CN1966460A (zh) * 2006-11-24 2007-05-23 北京航空航天大学 稀土改性的钡镧钛复合氧化物热障涂层陶瓷层材料及其制备方法
CN1986891A (zh) * 2005-12-21 2007-06-27 联合工艺公司 高强度镍－铂－铝－铪粘结层
CN101050515A (zh) * 2007-05-23 2007-10-10 中国民航大学 一种通过金属结合层表面改性提高热障涂层使用寿命的方法
EP2098615A1 (en) * 2002-07-09 2009-09-09 Siemens Aktiengesellschaft Highly oxidation resistant component
CN101768684A (zh) * 2008-12-26 2010-07-07 北京有色金属研究总院 一种高温钛合金及其表面改性方法
CN102181860A (zh) * 2011-03-25 2011-09-14 上海大学 镍基高温合金表面形成Pt改性的NiAl+Ni3Al热障粘结层的方法
CN102615876A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 上海大学 Pt+Si改性的β-NiAl热障涂层及其制备方法
CN102615914A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 上海大学 Pt改性的热障涂层及其制备方法
CN102719782A (zh) * 2012-06-28 2012-10-10 大连理工大学 一种提高热障涂层粘结层耐氧化性能的处理方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0814178A1 (en) * 1996-06-19 1997-12-29 ROLLS-ROYCE plc A thermal barrier coating for a superalloy article and a method of application thereof
EP0911422A2 (en) * 1997-10-27 1999-04-28 General Electric Company Method of forming a bond coat for a thermal barrier coating
EP2098615A1 (en) * 2002-07-09 2009-09-09 Siemens Aktiengesellschaft Highly oxidation resistant component
EP1672175A1 (en) * 2004-12-14 2006-06-21 Honeywell International Inc. A method for applying environmental-resistant mcraly coatings on gas turbine components
CN1986891A (zh) * 2005-12-21 2007-06-27 联合工艺公司 高强度镍－铂－铝－铪粘结层
CN1966460A (zh) * 2006-11-24 2007-05-23 北京航空航天大学 稀土改性的钡镧钛复合氧化物热障涂层陶瓷层材料及其制备方法
CN101050515A (zh) * 2007-05-23 2007-10-10 中国民航大学 一种通过金属结合层表面改性提高热障涂层使用寿命的方法
CN101768684A (zh) * 2008-12-26 2010-07-07 北京有色金属研究总院 一种高温钛合金及其表面改性方法
CN102181860A (zh) * 2011-03-25 2011-09-14 上海大学 镍基高温合金表面形成Pt改性的NiAl+Ni3Al热障粘结层的方法
CN102615876A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 上海大学 Pt+Si改性的β-NiAl热障涂层及其制备方法
CN102615914A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 上海大学 Pt改性的热障涂层及其制备方法
CN102719782A (zh) * 2012-06-28 2012-10-10 大连理工大学 一种提高热障涂层粘结层耐氧化性能的处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108315690A (zh) * 2018-04-19 2018-07-24 宁波沈鑫电子有限公司 一种超薄金属产品喷砂表面耐手汗腐蚀处理工艺
CN108315690B (zh) * 2018-04-19 2020-01-14 宁波沈鑫电子有限公司 一种超薄金属产品喷砂表面耐手汗腐蚀处理工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN102888583A (zh) 2013-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103668191A (zh) 一种热障涂层的制备方法
JP5622399B2 (ja) 遮熱コーティング、これを備えたタービン部材及びガスタービン
CN105734500B (zh) 一种具有复合结构的抗高温氧化热障涂层及其制备方法
CN106884132A (zh) 一种高温热障涂层材料
CN104988454A (zh) 一种抗熔融cmas腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层及其制备方法
CN107699840A (zh) 多孔氧化锆热障涂层的制备方法
CN102534457A (zh) 制备热障涂层结构的方法
CN103789713A (zh) 一种抗氧化MCrAlY细晶防护涂层材料及其制备方法
CN102888583B (zh) 一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用
CN106967953A (zh) 一种基于缺陷萤石结构的稀土铌酸盐的发光热障涂层体系及其制备方法
Zhu et al. Microstructure and oxidation behavior of conventional and pseudo graded NiCrAlY/YSZ thermal barrier coatings produced by supersonic air plasma spraying process
CN109023364A (zh) 抗烧结双模复合结构热障涂层及其制备工艺
Kruk et al. Effect of Co deposition on oxidation behavior and electrical properties of ferritic steel for solid oxide fuel cell interconnects
JP5943649B2 (ja) 遮熱コーティング材の製造方法
CN108677064A (zh) 一种高寿命高温合金航空发动机叶片及制造方法
CN106048519B (zh) 一种聚变堆氚增殖包层用Fe-Al/Al2O3阻氚涂层及其制备方法
CN110387520B (zh) 止裂抗剥落仿生堤坝结构梯度涂层及其制备方法
CN103302917B (zh) 一种双吸收层TiON耐候性光热涂层及其制备方法
Zhang et al. Application of high velocity oxygen fuel flame (HVOF) spraying to fabrication of La0. 8Sr0. 2Ga0. 8Mg0. 2O3 electrolyte for solid oxide fuel cells
CN109161889A (zh) 一种抗烧结双模复合结构热障涂层及其制备工艺
CN102925871A (zh) 一种复合热障涂层及其制备方法
CN103552311B (zh) 一种用于单晶高温合金的防护涂层及其制备方法
CN105239050B (zh) 一种固体氧化物燃料电池不锈钢连接体尖晶石氧化物保护涂层的制备方法
CN102888605A (zh) 一种镀Al-CoNiCrAlY高温抗氧化复合涂层及其制备方法与应用
CN101357855B (zh) 一种提高陶瓷热障涂层隔热性能的后处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant